Электроды с низким содержанием диффузионного водорода


Электроды с низким содержанием диффузионного водорода: история и рекомендации
Авторы: инструктор Школы сварки Линкольн Электрик Джозеф Коласа и Джозеф Марлин, менеджер по сварочным электродам

 

Достижения в области металлургии привели к появлению штучных электродов для дуговой сварки, которые впервые стали применяться для сварки на судоверфях во время Первой Мировой войны. По мере того, как в цехах и в монтажных условиях стали использовать все более сложные рабочие процедуры, во многих связанных со сваркой отраслях возникла потребность в надежных электродах, способных обеспечить низкое содержание диффузионного водорода в наплавленном металле.

В результате на рынке появилась отдельная категория «низководородных» сварочных электродов. Эти универсальные электроды стали предпочтительным выбором для множества задач и быстро получили широкое распространение в промышленности. Они идеально подходят для применения там, где основной металл подвержен растрескиванию, где предполагается сварка секций большой толщины или где основной металл имеет повышенное содержание легирующих элементов, как, например, высокоуглеродистая и низколегированная сталь. 

 

 

 

Сварочные электроды имеют токопроводящий сердечник, который в большинстве случаев производится из стали. Через этот сердечник сварочный ток проходит от электрододержателя к рабочему изделию. При этом он плавится и становится наплавленным металлом. В ходе производства на сердечник методом экструзии наносится химическое покрытие, которое во время сварки образует слой флюса. После этого электроды проходят сушку при заданных параметрах. Это позволяет снизить содержание влаги до такого уровня, чтобы покрытие электрода смогло оптимальным образом выполнить свою функцию — испариться и образовать защитный газ и слой флюса для защиты сварочной ванны от контакта с азотом, водородом и кислородом. Состав покрытия электрода также позволяет контролировать легирование и свойства наплавленного металла.

Сегодня предлагается множество электродов для ручной дуговой сварки с низким содержанием диффузионного водорода в наплавленном металле. Например, к ним относятся серии EXX15, EXX16, EXX18, EXX18-X, EXX28 и EXX48. Их применение часто требуется в тех случаях, когда необходимо сократить вероятность водородного растрескивания при ручной дуговой сварке.

Такие электроды рекомендуются для трех широких сфер применения:
• для трудносвариваемых сталей: низколегированных, высокоуглеродистых, высокосернистых и других подверженных образованию трещин сталей;
• случаи, когда того требуют применимые кодексы;
• для высокопроизводительной сварки толстопрофильных материалов в сложных пространственных положениях.

Свойства электродов 
Низководородные электроды могут иметь повышенную производительность наплавки или быстрое застывание (для сварки в сложных пространственных положениях) и способны обеспечить надежность соединений, соответствие требованиям рентгенографического контроля и высокую ударную вязкость и жидкотекучесть.

 

Некоторые водороды с низким содержанием диффузионного водорода в наплавленном металле имеют в классификации AWS суффикс -1. Этот суффикс означает, что данный электрод отвечает требованиям по повышенным прочностным характеристикам. 

Сварочные материалы также могут иметь дополнительный идентификатор содержания диффузионного водорода. Этим идентификатором могут быть H4, H8 и H16. «H» и соответствующий номер обозначают миллилитры диффузионного водорода на 100 грамм наплавленного металла. Например, идентификатор H4 означает 4 мл диффузионного водорода на 100 грамм наплавленного металла.

Идентификатор «R» указывает на то, что электрод имеет влагоустойчивое покрытие. Чтобы получить такой индентификатор, после извлечения из упаковки или повторного прокаливания электроды в течение 9 часов подвергаются воздействию температуры 27°C при относительной влажности 80%. Содержание влаги после этой процедуры не должно превышать 0,4% по весу. Даже небольшое превышение этого порога может привести к появлению пористости и других дефектов.

Хотя электроды с низким содержанием диффузионного водорода в наплавленном металле лучше всего подходят для сварки на постоянном токе обратной полярности (особенно при диаметре 0,4 мм или меньше), они также пригодны для сварки на переменном токе. Более того, некоторые электроды серии EXX18, например, Excalibur® 7018 от компании Линкольн Электрик, предназначены специально для сварки на переменном токе.

Самые распространенные электроды
Электроды с низким содержанием диффузионного водорода — это самый распространенный вид сварочных материалов в таких отраслях, как энергетика, общее производство, судостроение, трудносвариваемые стали, сварка в сложных пространственных положениях и трубопроводы (по ASME на подъем).

В частности, самые популярные электроды E7018 имеют некоторые особенности, которые отличают их от всех остальных серий. Они хорошо подходят для сварки в сложных пространственных положениях за исключением сварки на спуск и имеют высокое содержание железного порошка, что позволяет получить стабильную и тихую дугу с низким уровнем разбрызгивания, средней глубиной проплавления и высокой производительностью наплавки. E7018 образует достаточно много шлака, который легко удалить.

Этот класс электродов также хорошо подходит для сварки соединений в высокоуглеродистой или низколегированной стали с высокими механическими характеристиками. Универсальность электродов E7018 делает их хорошим выбором для многих задач.

Техника сварки и частые проблемы
Успешность применения электродов E7018 с требованиями рентгеновского контроля и обеспечением низкого содержания диффузионного водорода в наплавленном металле во многом зависит от техники сварки. Самыми частыми дефектами при этом являются порообразование и растрескивание.

 

Какое-то время после установления дуги ее нужно сохранять очень короткой, потому что длинная дуга увеличивает вероятность появления пористости на этапе поджига. Поэтому между электродом и рабочим изделием не должно быть большого зазора. Длинная дуга потенциально может привести к проблемам с образованием шлака и появлению механических дефектов.

Большая длина дуги — это самая частая причина пористости при ручной дуговой сварке низководородными электродами. Большинство сварщиков привыкло касаться электродом рабочей поверхности, поднимать его и затем опять опускать ниже. Если дуга становится длинной, возрастает фактическое напряжение, из-за чего дуга становится горячее и возрастает расстояние между сварочной ванной и электродом. Если слишком далеко отодвинуть электрод от соединения, шлак не сможет обеспечить достаточную защиту зоны сварки. Из-за прорех в облаке защитного газа материал может преждевременно плавиться до образования шлака.

Перед сваркой нужно проверить настройки сварочного аппарата. Флюс имеет несколько важных функций, одной из которых является защита сварного соединения. Но при слишком высокой силе тока происходит преждевременное разрушение покрытия, которое приводит к дефектам соединения. Также избегайте слишком высокого значения функции Горячий старт — это тоже может привести к удлинению дуги, преждевременному сгоранию покрытия электрода и, как следствие, недостаточной газовой защите и появлению пористости.

Можно запомнить простое правило: для электродов с низким содержанием диффузионного водорода каждая тысячная дюйма диаметра электрода соответствует одному амперу, например, ¼" = 0,25 = 250 ампер, ⅛" = 0,125 = 125 ампер).

Далее, не делайте «копательных» движений электродом. Хотя существуют электроды, для которых это возможно, низководородные электроды лучше подходят для сварки с постоянным отставанием электрода под углом 5-10 градусов. Старайтесь поддерживать угол постоянным. Слишком большой угол отставания приведет к образованию «козырька» — неравномерному сгоранию покрытия электрода, из-за чего в соединение может попасть крупный фрагмент покрытия.

Во время второго прохода примените технику сварки с поперечными колебаниями или с валиками. В первом случае делайте поперечные колебания в виде горизонтальной восьмерки. Также следите за шириной шва. Чтобы получить максимальную общую ширину, старайтесь ограничить ширину каждого прохода 2 сантиметрами. При сварке валиками «нарисуйте» букву I и продолжите прямолинейное движение.

 Электроды с низким содержанием диффузионного водорода в наплавленном металле

Еще важно помнить, что электроды приходится часто менять. Каждого электрода хватает лишь на определенную длину соединения, после чего работу придется прервать. Помните, что неправильный повторный поджиг дуги может привести к различными проблемам.

 

Одна из самых частых — это слишком вертикальное положение электрода, которое приводит к образованию козырька или удлинению дуги. Многие сварщики начинают сварку слишком высоко и проводят электродом по кратеру. Чтобы избежать этого, при повторном поджиге расположите электрод на высоте 6-12 мм от рабочего изделия или предыдущего шва.

Представьте, что у Вас есть пластина 20 см и шов 7 см. Многие сварщики установили бы дугу в конце предшествующего шва и затем провели электрод в краю пластины. Вместо этого, чтобы соединение получилось как можно ровнее, лучше начать в 6-12 мм до кратера. Электрод нужно направлять прямо в соединение под углом не больше 5-10 градусов.

Иногда приходится прервать сварку еще неизрасходованным электродом и затем продолжить работу. Вероятно, что при этом кончик электрода успеет затвердеть, а покрытие станет жестким и ломким. Большинство операторов в таком случае вставляют электрод в электрододержатель и стучат им по поверхности, как молотком. Этого делать не нужно, потому что так можно отломить часть покрытия электрода, что скажется на образовании шлака и может привести к смещениям и растрескиванию металла шва.

Вместо этого отсоедините электрод и с силой потрите его о поверхность сварочного стола. Не стучите им. Нужно, чтобы после трения на кончике проступил сердечник электрода — это позволит установить хороший электрический контакт и обеспечить хорошую газовую защиту.

Кроме того, чтобы после вскрытия упаковки электроды не накапливали влагу, их нужно хранить в подходящих условиях. Электроды с низким содержанием диффузионного водорода в наплавленном металле можно подвергнуть прокалке для удаления влаги. Рекомендуемые параметры для этой процедуры можно узнать у производителя электродов.

Таким образом, чтобы обеспечить высокое качество РДС, особенно с применением электродов с пониженным содержанием диффузионного водорода в наплавленном металле, нужно знать соответствующую технику сварки. Понимание того, как работают эти электроды, и изучение методов высококачественной сварки полностью себя окупят за счет надежных сварных швов и отсутствия проблем с пористостью.