На какой полярности ведут ручную дуговую сварку стыков электродами с целлюлозным покрытием
Ручная дуговая сварка покрытыми электродами – самый широко распространенный вид сварки. Многообразие электродов можно классифицировать по их покрытию.
Обозначение целлюлозного покрытия электродов:
Ц/С - ГОСТ 9466‐75/ISO(международное обозначение).
Состав рутил-целлюлозного покрытия:
электродная целлюлоза – 40-45% (целлюлозо-бумажные волокна, травяная мука);
шлакообразующие (в малом количестве)- рутил, титановый концентрат, силикаты, тальк, марганцевая руда, гематит. Добавляемый ранее асбест – запрещен;
раскислитель сварочной ванны – ферромарганец;
связующее вещество – натриевое/натриево-калиевое жидкое стекло.
Сгорая, целлюлоза и органика выделяет много защитных газов, но кроме этого – много водорода и оксида углерода, кислорода – мало.
При сварке начинается восстановление кремния, т.к. атмосфера сварочной дуги – слабоокислительная. Для того, чтобы подавить восстановление кремния, вводят марганцевую руду/гематит.
Технологические преимущества и особенности целлюлозных электродов:
можно производить сварку почти во всех положениях, а так же и в труднодоступных местах;
хорошая газовая защита металла;
высокая скорость проведения работ (до 25 м/час);
мало шлака из-за небольшой толщины покрытия. Корневой шов - без пор и зашлаковок;
шлак просто удаляется, даже при сварке многослойных швов;
высокая проплавляющая способность основного материала;
стабильная дуга при постоянном и переменном токе обратной/прямой полярности. Лучше использовать ток прямой полярности - это увеличивает проплавляющее действие дуги, уменьшает возможность возникновения подрезов, исключает образование вытянутой полой поры в обратном валике;
используются для сварки магистральных трубопроводов и металлоконструкций при их монтаже. Равномерно формирует плавный валик с противоположной стороны шва. Это исключает необходимость подварки шва изнутри.
Недостатки электродов с целлюлозным видом покрытия:
грубочешуйчатая плоскость швов;
склонность к небольшим подрезам по кромкам (в виде трещин). Для их устранения корневые швы обрабатываются абразивными дисками;
значительное разбрызгивание металла (до 15%); (Слыхали кода нибудь треск при сварке электродами и брызги летят во все стороны - это целюлоза сгорает ), а так же могут влиять и другие факторы.
большое содержание диффузионно-подвижного водорода в зоне шва. Большое количество водорода содействует появлению горячих и холодных трещин в свариваемом металле.
Противопоказания:
нельзя выполнять сварку закаливающихся сталей с большим количеством углерода и легирующих элементов;
при прокаливании нельзя перегревать электроды.
Особенности подготовки электродов
Прокаливают электроды при температуре = 120º-130ºС. При такой температуре сохраняется часть влаги в покрытии и повышается его окисление. При этих условиях состав направляемого металла: С
Если долго прокаливать электроды при t>170°C, то покрытие потеряет много связанной влаги. Результат:
- Окислительный потенциал снизится, кремневосстановительный процесс будет происходить более интенсивно.
- Науглероживание наплавленного металла будет больше - за счет восстановления углерода марганцем или железом из его оксида CO.
Металл шва
Содержание кислорода в металле швов мало = 0,05-0,06%. В металле швов присутствуют, в основном, мелкодисперсные включения оксидов кремния, т.к. содержание марганца недостаточно, а кремния повышено.
Пластические свойства наплавляемого металла, особенно ударная вязкость – весьма посредственны.
Металл, наплавленный целлюлозными электродами, по хим.составу соответствует полуспокойной или спокойной стали.
Сварка трубопроводов:
сварка корневого шва неповоротных стыков трубопроводов выполняется методом опирания сверху – вниз. В свариваемых кромках устраивается технологическое окно – отверстие, диаметр которого = ø электрода;
при сварке трубопроводов из низколегированных сталей повышенной прочности целлюлозные электроды используются только для провара корневых швов;
для сварки труб диаметром ≥ 530 мм (толщина стенки >7 мм) при сварке корневого слоя шва целлюлозными электродами - используют электрод ø = 4,0 мм;
угол наклона электрода – близок к 90º для образования технологического окна круглой формы;
придерживаться скорости сварки = 14-18 м/час, чтобы избедать прожогов и формировать валик шва над технологическим окном;
чтобы предотвратить влияние водорода на образование холодных трещин перед сваркой целлюлозными электродами подогревают кромки до 100-200ºС;
после сварки корневого слоя (не позже, чем через 5 мин.) выполняется “горячий проход” (нанесение 2-го слоя на еще не остывший первый (100ºС), температура между слоями поддерживается ~ 60-80ºС.
Правильно произведенный “горячий проход” позволяет выплавить шлак из открытых после шлифовки карманов.
Плюсы и минусы электродов с целлюлозным покрытием
Применение электродов с целлюлозным органическим покрытием сокращает выброс вредных веществ и значительно повышает производительность сварки. Подробности далее.
Применение электродов с целлюлозным покрытием значительно уменьшает вредные испарения по сравнению со стандартными. Обмазка состоит наполовину из целлюлозы с добавлением травяной муки, крахмала и других органических веществ. В качестве присадок добавляют тальк, силикаты, рутил. Ферромарганец используется в качестве раскислителя.
Целлюлозные электроды предназначены для сварки низкоуглеродистых сталей средней и высокой легированности. Применяют их для трубопроводов, работающих в условиях высоких температур. Сварочно-технологические свойства позволяют варить швы в любом пространственном положении, в том числе и по вертикали сверху вниз. Образование корневого валика исключает необходимость обработки с обратной стороны.
Для целлюлозных покрытий важна температура прокалки. Она не должна превышать 120 ⁰C, в противном случае органические вещества обмазки начнут разлагаться. Находясь длительное время на влажном воздухе, целлюлоза впитывает воду, что ухудшает качество сварки.
Преимущества и недостатки покрытия
При горении целлюлозные электроды выделяют большой объем газов, включая оксид углерода. Сварочная ванна надежно защищена от контакта с воздухом. Электрическая дуга имеет слабоокисленную атмосферу, в которой восстанавливается кремний. Чтобы он не попал в шов и не образовал раковины, кремний раскисляют марганцевой рудой, вводят ее в качестве добавок в обмазку.
Положительные свойства и характеристики целлюлозных покрытий:
- сварка током переменным и постоянным;
- дуга легко загорается;
- высокая производительность, до 50 мм/мин;
- отсутствие вредных испарений;
- любое положение шва;
- шлак легко отделяется;
- не образуются непровары;
- корневой шов чистый;
- глубоко проплавляет свариваемый материал.
При сварке трубопроводов многослойным швом целлюлозные электроды применяются для наложения нижнего слоя для формирования корневого валика с обратной стороны.
Высоколегированные стали, особенно хромоникелевые с низким содержанием углерода, варят после прогрева места стыка до 200 ⁰C, чтобы избежать холодных трещин.
- сильное разбрызгивание, теряется до 15 % металла;
- повышенное количество кислорода в металле шва;
- образование подрезов;
- шов образуется крупночешуйчатый;
- при малой скорости сварки образуются прожоги и перегрев.
Сварка целлюлозными электродами отличается сильным треском, характеризующим разбрызгивание.
Концентрация целлюлозы в обмазке высокая. Температура прокаливания не должна превышать 120 ⁰C, лучше использовать более низкую – 110 ⁰C. Влага плохо испаряется. Не допустить намокания обмазки можно только при правильном хранении электродов. Их складируют в сухом помещении с относительной влажностью воздуха менее 50 % и температурой выше +15 ⁰C. Не допускается резкий перепад температуры. После прокаливания электроды, имеющие целлюлозное покрытие, хранят в сушильных шкафах при 80 ⁰C. Для транспортировки используют термопеналы.
Марки электродов с целлюлозным покрытием
Электроды с целлюлозным покрытием, изготавливаемые по ГОСТ 9466-75, в маркировке имеют букву Ц (целлюлоза).
Широко применяются марки ЦЦ-1, ВСЦ-2, ВСЦ-60, ВСЦ-4А.
Для сварки трубопроводов из низкоуглеродистых среднелегированных сталей используют ЦЛ-17, ЦЛ-26М, ЦЛ-27А, ЦЛ-36.
Для сварки труб паронагревателей и котлов подходят ЦЛ-32, ЦЛ-41.
Просьба к сварщикам, работающим с электродами, имеющими целлюлозное покрытие, поделиться своим опытом в комментариях.
Особенности сварочных электродов с целлюлозным покрытием
Покрытие сварочных электродов необходимо, чтобы шов получился качественным и имел нужные свойства. Оно защищает соединение от окисления, возникновения пор и трещин.
Обмазка состоит из нескольких компонентов, имеющих вид порошка и соединенных с помощью связывающих веществ.
Существует несколько видов обмазок. Мы будем рассматривать характеристики и состав целлюлозного покрытия.
Состав и примеры целлюлозных электродов
Электрод представляет собой стержень на который нанесено особое покрытие. Его функцией является защита сварочной ванны от попадания соединений и излишних вкраплений. Изоляция рабочей зоны позволяет сделать соединение надежным, прочным и устойчивым к различным нагрузкам.
В составе целлюлозного покрытия имеются:
- Органические соединения — около 50%. Прежде всего это целлюлоза, мука и крахмал. Именно эти компоненты обеспечивают газовую защиту.
- Рутиловый концентрат.
- Мрамор, карбонаты и алюмосиликаты обеспечивают образование шлаковой корки при сварке.
- В зависимости от изготовителя, в составе покрытия могут быть металлические порошки и ферросплавы.
Механические свойства полученного при наплавке металла соответствуют ГОСТу Э45 — 50.
Давайте рассмотрим несколько моделей электродов подобного типа, чтобы составить более детальное представление об их свойствах.
ВСЦ-4М
Стержни применяются для проставления корневого шва и горячего прохода стыков труб. С их помощью варятся стали с небольшим содержанием углерода и легирующих компонентов, чья прочность равна 590 МПа.
Электроды позволяют создать шов, стойкий к образованию пор. Перед работой прутки рекомендуется прокалить при 60°С в течение часа.
Электроды применяются при работе с тонкими конструкциями и изделиями до 3 мм толщиной и прочностью до 410 МПа. Сварка ими производится на постоянном или переменном токе.
Преимуществом модели является возможность выполнять работы по окисленным поверхностям. Обладают небольшой проплавляемостью, поэтому использовать их можно только с тонким материалом.
Изделия применяются для работы с углеродистыми сталями с небольшим уровнем легирования и прочностью до 451 МПа. Шов при этом получается пластичным и имеет хорошую ударную вязкость.
Электроды используются при сварке в сложных монтажных условиях. Ими удобно выполнять потолочные и вертикальные соединения. Допускается использование как переменного, так и постоянного тока.
Перед работой необходимо выполнять прокалку в течение часа при t около 110°С. Сварка выполняется короткой или средней дугой.
Плюсы и минусы целлюлозных электродов
Положительными особенностями стержней являются:
- Широкое применение. Сварка допускается в любом положении, что дает возможность подобраться к разным местам и выполнить монтаж любой сложности.
- Высокая скорость работы. В час можно сделать до 25 м. шва.
- Хорошая проварка шва.
- Металл полностью защищен от водорода и кислорода.
- Легкая отделяемость шлака.
Среди недостатков нужно отметить следующее:
- На поверхности швов образуется грубая чешуя. Из-за этого приходится обрабатывать их шлифовкой.
- При сгорании может образовываться большое количество водорода, который может попасть в шов и стать причиной образования трещин.
- Во время работы наблюдается сильное разбрызгивание металла — около 15%.
- Перед работой нужно всегда выполнять прокалку.
Где применяются электроды?
Целлюлозное покрытие полезно при работе с низколегированными сталями. Благодаря небольшому диаметру, их можно использовать при любом монтаже. Чаще всего их применяют при сборке трубопроводов.
Основное преимущество обмазки такого типа, по сравнению с другими покрытиями — это легкое зажигание дуги и ее стабильное горение. Электроды могут работать как от постоянного, так и от переменного тока, однако для лучшей проварки лучше использовать постоянный ток. В этом случае в соединении не будет подрезов или пор.
При работе подобными стержнями нужно помнить:
- Целлюлозное покрытие не подходит для сваривания закаливающихся сталей, с большим содержанием углерода и легирующих компонентов.
- При подготовке электродов, температура и время прокалки должны точно соответствовать тем параметрам, которые изготовитель указал на упаковке.
Сильно перегревать электроды нельзя. После просушки в них должно оставаться порядка 3-4% влаги.При превышении температуры прокалки, во время сварки в металле будет скапливаться большое количество углерода.
На этом видео можно увидеть процесс сварки целлюлозными электродами:
Заключение
Сварочные электроды с целлюлозным покрытием применяются в условиях сложного монтажа сталей с небольшим содержанием углерода и низким уровнем легирования. Они имеют отличные сварные свойства и очень удобны в работе. Благодаря стабильности дуги, даже неопытные сварщики справятся с работой.
ВСН 006-89, часть 2
2.3.14. Назначение и области применения должны соответствовать данным, приведенным в табл.10-12:
электродов с покрытием основного вида (табл.10);
электродов с покрытием целлюлозного вида (табл.11);
сварочных материалов для автоматической сварки под флюсом поворотных стыков труб - флюсов и проволок (табл.12);
сварочных материалов для автоматической и полуавтоматической сварки неповоротных стыков труб в защитных газах (табл.13).
Электроды с покрытием основного вида для сварки и ремонта поворотных и неповоротных стыков труб при любых условиях прокладки трубопроводов
Тип по ГОСТ 9467-75
Толщина стенки, мм
Нормативное значение временного сопротивления разрыву, МПа (кгс/мм)
Для сварки, ремонта корневого слоя шва и подварки изнутри трубы
До 490 (50) включительно
До 588 (60) включительно
Для сварки и ремонта заполняющих и облицовочных слоев шва (после "горячего" прохода электродами с целлюлозным покрытием или после сварки корневого слоя электродами с основным покрытием)
До 431 (44) включительно
539-588 (55-60) включительно
Примечание. Каждый диаметр (группа диаметров) электродов относится ко всем маркам электродов, сгруппированных согласно типу по ГОСТ 9467-75. Например, группа диаметров 2,0-2,6 относится ко всем маркам электродов типа Э50А от УОНИ-13/55 до ОК 48.04, то же самое для диаметра 3,0 и 3,25.
* Электроды ЛБ-52У и ВСО-50СК диаметром 3,0 мм - только для сварки корневого слоя шва.
** Электроды ОЗС-ВНИИСТ-27 и ОЗС-24 особо рекомендуются для наземной и надземной прокладок в районах Крайнего Севера.
*** Электроды ВСФ-75 предназначены для сварки стыков труб из термически упрочненных труб с нормативным пределом прочности 637 МПа (65 кгс/мм). Электроды УОНИ-13/45 предпочтительнее применять для сварки труб из низкоуглеродистых нелегированных сталей типа Ст.20сп и т.п.; при сварке тонкостенных труб (толщина стенки 5-8 мм) для корневого слоя шва предпочтительнее электроды диаметром 2,0-2,6 мм.
Электроды с покрытием целлюлозного вида для сварки неповоротных стыков труб при подземной прокладке трубопроводов
Тип по ГОСТ 9467-7
Для сварки первого (корневого) слоя шва
539-637 (55-65) включительно
Для сварки второго слоя шва (горячего прохода)
Для сварки заполняющих слоев шва
Сварочные материалы для автоматической сварки под флюсом поворотных стыков труб
Сочетание сварочных материалов
Характеристика свариваемых труб
Односторонняя сварка по сваренному вручную корневому слою
Свьше 490 (50) до 539 (55)
Свыше 490 (50) до 539 (55)
539-588 (55-60) включительно, в том числе термоупрочненных
637 (65) включительно
539-588 (55-60) включительно, а также термически упрочненных с = 637 (65)
Примечания: 1. При автоматической сварке труб с нормативным временным сопротивлением разрыву до 489 МПа предпочтительнее применение проволок СВ-08, СВ-08А, СВ-08АА.
2. При подварке корня шва автоматической сваркой под флюсом, а также при сварке током прямой полярности следует использовать те же самые материалы, которые рекомендованы для сварки заполняющих слоев.
3. При автоматической сварке (односторонней и двусторонней) термически упрочненных труб с нормативным пределом прочности 637 МПа из стали 17Г1С поставки Волжского трубного завода диаметром 1420 мм и нормативной толщиной стенки 15,1 мм следует применять флюс АН-ВС в сочетании со сварочной проволокой СВ-08ХГ2СНМТ.
Автоматическая сварка в защитных газах неповоротных стыков труб
25-75% углекислого газа
Внутренний корневой шов, наружный корневой шов
До 539-588 (55-60) включительно
До 637 (65) включительно
Полуавтоматическая сварка в защитных газах неповоротных стыков труб
До 539 (55) включительно
Свыше 539 до 588 (55-60)
Корневой и заполняющие швы, заполняющие швы
Сварочные материалы для сварки стыков труб с различным нормативным значением временного сопротивления разрыву устанавливают в соответствии с табл.10-13:
при различных значениях толщин стенок стыкуемых труб по более прочной трубе;
при одинаковых значениях толщин стенок стыкуемых труб по менее прочной трубе.
Порядок выдачи рекомендаций на применение новых сварочных материалов дан в обязательном приложении 4.
Примечание. Марки самозащитных порошковых проволок для механизированной сварки заполняющих слоев трубопроводов с принудительным формированием шва выбираются в зависимости от прочностного класса сталей: марку ПП-АН24СМ следует применять для сварки стыков труб из сталей с нормативным пределом прочности до 549 МПа, марки ПП-АН24СМ и ПП-АН19 - из сталей с нормативным пределом прочности до 589 МПа, марку ПП-АН30С - из сталей с нормативным пределом прочности 637 МПа.
2.4. Ручная электродуговая сварка кольцевых стыков труб
2.4.1. Ручную дуговую сварку следует выполнять с применением электродов, указанных в табл. 10-11. Запрещается вести сварку с применением любых присадок, подаваемых в дугу дополнительно или закладываемых в разделку.
2.4.2. Сварку первого (корневого) слоя шва электродами с целлюлозным покрытием ведут постоянным током обратной или прямой полярности, сварку "горячего" прохода и последующих слоев шва - электродами с целлюлозным покрытием на обратной полярности, а также сварку всех слоев шва электродами с основным покрытием - на постоянном токе обратной полярности.
Рекомендуемые значения сварочного тока приведены в табл.14 и табл.15.
Рекомендуемые значения сварочного тока при сварке электродами с основным видом покрытия способом "на подъем"
Диаметр электродов, мм
Сварочный ток (А) в зависимости от пространственного положения шва
Рекомендуемые значения сварочного тока при сварке электродами способом "на спуск"
Электроды с целлюлозным видом покрытия
"Горячий" проход и заполняющие слои
Электроды с основным видом покрытия
2.4.3. При применении электродов с целлюлозным покрытием сварку следует осуществлять методом замочной скважины ("окна"). Когда в процессе сварки электросварщик поддерживает угол наклона электрода в пределах 40-90°, он должен вести "окно" за торцом электрода.
2.4.4. При вынужденных перерывах во время сварки первого (корневого) слоя шва необходимо поддерживать температуру торцов труб на уровне требуемой температуры предварительного подогрева. Если это условие было не соблюдено, то стык должен быть вырезан и заварен вновь.
2.4.5. После сварки корневого слоя шва электродами с целлюлозным видом покрытия обязательна его шлифовка абразивным инструментом.
2.4.6. "Горячий" проход является обязательной операцией, которую осуществляют непосредственно после сварки и шлифовки корневого слоя шва, выполненного с применением целлюлозных электродов.
"Горячим" проходом считается только такой проход, который выполнен по неостывшему корневому слою шва электродами с целлюлозным видом покрытия или специальными низководородистыми электродами, обеспечивающими возможность сварки "на спуск".
2.4.8. При сварке заполняющих и облицовочного слоев шва труб с пределом прочности 539 МПа (55 кгс/мм) и выше необходимо следить за тем, чтобы температура перед наложением каждого последующего слоя была не ниже +5°С. Если температура участка шва, подлежащего сварке, упала ниже +5°С, необходимо провести повторный подогрев.
2.4.9. При сварке корневого слоя шва электродами с основным видом покрытия "на спуск" дугу возбуждают методом "зажигания спички" на поверхности разделки, затем, чуть оторвав электрод от поверхности зажигания (длина дуги не более 1,5 мм), мгновенно переводят дугу на свариваемые кромки. Кратер необходимо выводить на поверхность разделки кромок или прорезать шлифмашинкой. После достижения контакта между втулочкой электрода и поверхностью разделки электрод перемещают сверху вниз без поперечных колебаний, непрерывно регулируя положение дуги относительно сварочной ванны. Промежуток "застывший сварочный шлак - дуга" регулируется изменением наклона электрода, скоростью его перемещения, усилием прижатия электрода к свариваемым кромкам и силой тока.
Примечание. Достижение сквозного проплавления фиксируется по характерному шуму проходящей "навылет" дуги.
2.4.10. Перемещать внутренний центратор разрешается только после того, как корневой слой шва полностью сварен электродами с целлюлозным покрытием или на 3/4 периметра стыка - электродами с основным покрытием. При сварке термоупрочненных труб при любых электродах корневой слой должен быть сварен полностью.
2.4.11. Сварной шов облицовочного слоя должен перекрывать основной металл в каждую сторону от шва на 2,5-3,5 мм и иметь усиление высотой 1-3 мм.
2.4.12. Стыки труб диаметром 1020 мм и более из сталей с нормативным пределом прочности 539 МПа (55 кгс/мм) и выше должны быть подварены изнутри электродами с основным видом покрытия.
2.4.13. Для диаметров, указанных в п.2.4.12, подварку поворотных стыков, а также стыков разностенных труб, деталей трубопроводов, запорной и распределительной арматуры выполняют по всему периметру.
2.4.14. Для диаметров, указанных в п.2.4.12, подварку неповоротных стыков в случае сварки корневого слоя электродами с основным покрытием способом "на подьем" осуществляют на нижней четверти периметра и на участках стыка с непроваром. Подварку неповоротных стыков при сварке корневого слоя электродами с целлюлозным покрытием или основного вида типа ВСО-50СК, а также аналогичными им, необходимо производить на участках стыка с непроварами.
Подварку выполняют перед началом сварки заполняющих слоев шва. Запрещается производить подварку способом сварки "на спуск".
2.4.15. Чтобы предупредить образование дефектов между слоями перед наложением каждого последующего слоя шва, поверхность предыдущего шва должна быть очищена от шлака и брызг наплавленного металла. После окончания сварки поверхность облицовочного слоя шва также должна быть очищена от шлака и брызг.
2.4.16. Минимально допустимое число слоев шва при ручной дуговой сварке указано в табл.16.
Толщина стенки трубы, мм
Минимальное число слоев шва при сварке корневого слоя шва электродами с разным видом покрытия
Читайте также: