к вопросу о качестве сварных швов при ручной дуговой сварке

К ВОПРОСУ О КАЧЕСТВЕ СВАРНЫХ ШВОВ ПРИ РУЧНОЙ ДУГОВОЙ СВАРКЕ
В ЗАВИСИМОСТИ ОТ КВАЛИФИКАЦИИ СВАРЩИКОВ
В.О. Муктепавел, доцент ИСМАРТ, г. Северодвинск,
E-mail: voldemarMukt@mail.ru
Ручная дуговая сварка покрытыми металлическими электродами
является широко применяемым способом сварки при формировании
корпусных конструкций из сталей типа АК и АБ. Стали эти относятся к
среднелегированным высокопрочным конструкционным сталям. Для
обеспечения равнопрочности сварного соединения основному металлу при
сварке этих сталей должны выполняться специальные требования. К ним
относятся: сварка на определённых погонных энергиях, подогрев кромок
перед сваркой, сварка только в определённом интервале температур среды,
применение специальных сварочных материалов и др. При ручной дуговой
сварке применяются низколегированные электроды марок 48Н-1, 48Н-11,
48Н-13, 48ХН-2, 48ХН-5 и другие, аустенитные электроды марок ЭА-48М/22,
ЭА-395/9, ЭА-981/15, ЭА112/15.
Стали типа АК и АБ закаливающиеся стали, и при разработке
технологий их сварки главным научным центром по конструкционным
материалам ЦНИИ КМ «Прометей» предусмотрены меры по исключению
образования в сварных соединениях трещин закалочного характера [1].
Ручная дуговая сварка выполняется электродами, имеющими основной
вид покрытия. Главные составляющие покрытия электродов: мрамор CaCO3 и
плавиковый шпат CaF2, поэтому раньше эти покрытия назывались фтористокальциевыми, а ещё раньше карбонатно-флюоритными. Основной вид
покрытия обеспечивает хорошую раскисленность сварочной ванны,
хорошую десульфурацию, обеспечивает высокий коэффициент перехода
легирующих элементов, малое содержание водорода в наплавленном
металле, высокую стойкость против холодных трещин. Электроды с
основным видом покрытия называют низководородными. Но наличие в
покрытии дестабилизатора сварочной дуги CaF2, нужного для уменьшения
содержания водорода в сварном шве, не обеспечивает достаточной
стабильности горения дуги. Качественная сварка возможна только при сварке
короткой дугой. При удлинении сварочной дуги имеется склонность к
«стартовой», «финишной» пористости и пористости наплавленного металла,
т.е. в сварном шве присутствуют дефекты в виде газовых включений [2].
В отраслевых стандартах: ОСТ5Р.9673 «Соединения сварные из стали
типа АК. Основные положения. Типовой технологический процесс» и
РД5.УЕИА.2762-2004 «Руководящий документ. Сварка стали типа АБ2.
Основные положения» сказано: «выполнение швов следует производить
короткой дугой».
На судостроительных предприятиях Северодвинска исторически
сложилась техника сварки «с отрывом дуги» при выполнении вертикальных
и потолочных швов (при сварке в нижнем положении сварка ведётся
короткой дугой без отрыва). Сварщики, стремясь выплавить шлак из
затвердевающего металла сварного шва, применяют завышенные режимы по
сварочному току. При большом токе образуется завышенный объём
расплавленного металла в сварочной ванне, который при сварке в
вертикальном и потолочном положениях не удержать от вытекания, если не
оборвать сварочную дугу и не дать металлу сварочной ванны затвердеть.
Таким образом, сварка «с отрывом дуги» обеспечивает глубокое
проплавление металла, предполагает отсутствие в шве шлаковых включений,
но нарушает стабильную газошлаковую защиту жидкой сварочной ванны от
окружающего воздуха, что приводит к дефектам в виде пор в сварном шве.
Принцип короткой дуги для электродов с основным видом покрытий
нарушается.
В пятидесятые – шестидесятые годы прошлого века на предприятиях
Северодвинска гласно-негласно считалось, что при обнаружении
рентгенографированием в сварных швах шлака – виноват сварщик, если
поры – виноваты некачественные электроды. Что в корне не верно.
Автор в семидесятые годы проводил специальные показательные
испытания в лаборатории сварки и цехах предприятия «Звёздочка» для
доказательства необходимости переучивания сварщиков на технику сварки в
вертикальном и потолочном положениях «без отрыва дуги». Сварщики
лаборатории сварки научились выполнять сварку в вертикальном и
потолочном положениях без отрыва дуги «короткой дугой» без шлаковых и
газовых включений в сварных швах. Это оказалось вполне достижимым.
Проводились специальные испытания с цеховыми сварщиками.
На рисунке 1 показан характерный сварной шов, выполненный с
отрывом дуги. Наружных дефектов нет, но при воздушно-дуговой строжке
внутри сварного шва обнаруживаются распределённые поры.
Рисунок 1- Распределённая пористость в металле сварного шва
На рисунке 2 показана «стартовая пористость». Снаружи шва её нет, а
при строжке обнаруживается групповая пористость из-за некачественного
начала сварного шва. Была грубо нарушена газошлаковая защита
расплавляемого металла в момент возбуждения сварочной дуги и начала
плавления металла. Металл в месте начала сварки качественно не
переплавлен. Дефекты в виде пор остались в затвердевшем металле.
Рисунок 2- Стартовая пористость в металле сварного шва
В своё время в корпусном цехе «Звёздочки» проводился конкурс
сварщиков. Выполнялась сварка стыков пластин с Х-образной разделкой.
Сварка выполнялась с обеих сторон в потолочном положении.
Номинировались семь сварщиков. Анализировалась техника сварки, швы
контролировались внешним осмотром, проверялись на наличие внутренних
дефектов рентгенографированием и послойной воздушно-дуговой строжкой.
Из 7 стыков три получили при рентгенографировании оценку 1 балл, т.е.
не прошли, так как имели недопустимые дефекты в виде пор. Остальные
стыки получили балл 3, т.е. не имели выявленных рентгенографированием
дефектов или имели мелкие допустимые поры. Все 7 стыков не имели в шве
шлаковых включении. При послойной воздушно-дуговой строжке на всех
стыках в сварных швах выявлены поры: где больше, где меньше. Лучшие
показатели по всем видам контроля показал сварщик Лодочников. Техника
его сварки отличалась от техники других сварщиков. Все выполняли сварку с
отрывом дуги, а он выполнял сварку с аккуратным зажиганием дуги с одного
касания и преимущественно без отрыва дуги. Выяснилось, что Лодочников
приезжий сварщик, учился в техническом училище Газпрома, там сварку
ведут короткой дугой, без отрыва!
В своё время на «Звездочке» была внедрена тренировка сварщиков
перед сваркой съёмных листов корпусных конструкций. Анализ техники
сварки и выявление знаний показали, что многие сварщики не осознают или
не убеждены в необходимости выполнения технологических мероприятий,
рекомендованных руководящей технической документацией. Сварщики не
удерживают сварочную дугу стабильно короткой, почти все сварку в
потолочном и вертикальном положении ведут с отрывом дуги, часто
наблюдаются неаккуратные, с периодическими ударами конца электрода
зажигания дуги. Многим не ясно назначение испытания электродов на
содержание водорода в наплавленном металле, назначение подогрева
свариваемых узлов. Следует отметить, что наблюдая за техникой сварки,
можно с достаточной степенью достоверности предсказать качество сварного
шва.
Беседы, проведенные с тренировавшимися сварщиками, разъяснение
технологических
рекомендаций,
объяснение
особенностей
сварки
низколегированными электродами с основным видом покрытия,
демонстрация дефектов, полученных при сварке пробных планок,
обсуждение результатов, показало возможность достижения понимания
особенностей сварки корпусных конструкций, и возможность улучшения
техники свари каждым сварщиком. При сварке обучающимися сварщиками
съёмного листа были получены лучшие результаты, чем ранее. Было
выпущено «Пособие для сварщиков. Особенности сварки сталей типа АК
низколегированными электродами» и разослано по цехам (№00-971-71.1845).
Однако, нынче бывая в цехах наших предприятий, убеждаешься в
живучести техники сварки вертикальных и потолочных швов с отрывом
дуги. Остаётся задача повышения качества сварных швов. Однобальных
(«непроходных») участков на отдельных ответственных конструкциях много!
Автор специально посетил в ноябре 2013 года предприятие,
выполняющее сварку неповоротных стыков труб газопроводов (ОАО
«Межрегионтрубопроводстрой»). Лично присутствовал при сварке стыка
трубы электродами основного вида.
Техника сварки высококлассная. Сварка корневого прохода с Vобразной разделкой электродами диаметром 2,5мм, последующих проходов
электродами Ø=3,0мм. Сварка короткой дугой без отрыва, идеальное
зажигание электрода с одного касания, качественное переваривание места
начала шва и кратера окончания шва (сварщик Валиулин А.Р., 6 разряд).
Внутренний шов с обратной стороны стыка, т.е. корень шва, получен с
отличным формированием. Такая технология сварки обязательна для всех,
иначе не допустимо!
Автор посетил в ноябре и профессиональное училище №1
Северодвинска. Присутствовал при обучении сварщиков в сварочной
мастерской. Требовательный учебный мастер чётко и строго вёл практику
учащихся по сварке тавровых соединений в вертикальном положении. Но
обучение ведется при сварке электродами с основным видом покрытия марки
УОНИИ13/45 диаметром 4,0мм с отрывом дуги. Это не класс!
Наши сварщика, попадая на объекты Газпрома или в зарубежные
фирмы, вынуждены переучиваться на сварку без отрыва, иначе их не
допускают до работы.
Из всего изложенного следует, что на наших предприятиях и учебных
центрах, для повышения качества сварных швов, необходимо
совершенствовать технику ручной дуговой сварки сварщиков, используя
свой опыт и опыт ведущих ответственных производителей сварных
конструкций.
Список литературы
1. Л.В. Грищенко, Т.В. Калетина и др. Низколегированные электроды
для сварки среднелегированных сталей. «Сварка». Сборник статей №5.
Судпромгиз. 1962.
2. Сварка в машиностроении. Справочник. Под редакцией д.т.н. Н.А.
Ольшанского. Том 1. М Машиностроение. 1978. Стр. 79-96.
3. И.А. Ворновицкий и др. Способы предупреждения образования пор
при сварке электродами с фтористокальциевым покрытием. ЛДНТП.
Л. 1972.