Page 1

Мир сварки научно-ттехнический журналл

№4/133/ 2010

Москва. Юбилейная выставка Weldex/Россварка `2010

стр. 5 Передовая технология для сварки стальных конструкций стр. 19 Инновационные электронно-лучевые методы обработки материалов стр. 28

НОВЫЕ ПОЛУАВТОМАТЫ КОМПАНИИ FRONIUS: TransSteel - КОМПЛЕКСНОЕ РЕШЕНИЕ ДЛЯ ПРЕВОСХОДНОЙ СВАРКИ СТАЛИ


МИР СВАРКИ № 4 (13) 2010

СОДЕРЖАНИЕ

РЕДАКЦИОННЫЙ СОВЕТ ЖУРНАЛА: Главный сварщик ОАО «ПО «СЕВМАШ» Аввакумов Ю. В.

5

ЧТО ПРОИСХОДИТ Грандиозная программа мероприятий в рамках выставки WELDEX/Россварка’2010

6

Новости:

Генеральный директор ОАО «Адмиралтейские верфи» д. т. н. Александров В. Л. Председатель Совета Санкт-Петербургской ТПП, президент Российского союза выставок и ярмарок, вице-президент Всемирной ассоциации выставочной индустрии (UFI) Алексеев С. П.

Владимир Путин взял «Высоту» На Тихвинском вагоностроительном заводе начался монтаж оборудования Трубопрокатный завод объединения «Северсталь» выбрал основного поставщика

Зам. генерального директора ЦНИИ КМ «ПРОМЕТЕЙ» Баранов А. В. Профессор, заслуженный деятель науки РФ, академик РИА, д.т.н. Башенко В. В.

Новый статус выставки «Сварка» На заводе «Алмаз» спущено на воду новое судно На Урале построят первый в России завод по производству оборудования для металлургических предприятий В Петербурге металл выйдет на торги Машиностроение и сварка: обзор отраслей Начался монтаж оборудования Стана-5000 Чугун бывает мягким

Ведущий специалист ЗАО «Электродный завод» к. т. н. Белов Ю. М. Д.т.н., профессор Кархин В. А. Зав. кафедрой сварки судовых конструкций СПбМТУ к. т. н. Мурзин В. В. Д. т. н., профессор Руссо В. Л. ИЗДАТЕЛЬ: ООО «ИТЦ «Альянс сварщиков Санкт-Петербурга и Северо-Западного региона» РЕДАКЦИЯ: Главный редактор Рубцова Н. Н. Заместитель главного редактора Кляровский А. В. Выпускающий редактор Григорьев Д. В. АДРЕС РЕДАКЦИИ: Санкт-Петербург, ул. Софийская, 66; Тел.: (812) 309-03-68, 448-37-75; www.alians-weld.ru ОТДЕЛ РЕКЛАМЫ: Валиев Р. Ш. тел.: (812) 309-03-68; E-mail: valiev@welding.spb.ru, Тираж 1000 экз.

9 16

СВАРОЧНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ Технологичные сварочные решения от компании Migatronic Предварительный, сопутствующий и последующий подогрев в сварочном производстве

19 21

СВАРОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ Новые электроды для сварки мостовых конструкций Технология изготовления флюса марки 48 КФ-16 с пониженным содержанием вредных примесей

24

ТЕХНОЛОГИИ СВАРКИ Состояние и тенденции использования электроннолучевых технологий обработки материалов

ТЕМА НОМЕРА 28

По данным "Инженерного клуба" за последние восемь лет российское производство сварочного оборудования и сварочных материалов увеличилось более чем в 3,5 раза. 34

38 40 42

КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА Новая высокопроизводительная технология комбинированной сварки магистральных трубопроводов большого диаметра

СТАНДАРТИЗАЦИЯ Оценка соответствия сварочного производства требованиям НАКС в Северо-Западном регионе РФ

ОХРАНА ТРУДА Аномальная жара и микроклимат сварщика Вопрос-ответ Фото номера


ОТ РЕДАКТОРА

ДОРОГОЙ ЧИТАТЕЛЬ! Сегодня уже не вызывает сомнений позитивный процесс, который наметился в развитии российской промышленности несколько лет назад. А именно: отечественная промышленность, несмотря на все трудности и мировые кризисные явления, набирает обороты, шаг за шагом возвращает себе ранее утраченные позиции на мировом рынке. Яркое подтверждение тому – ежегодные экономические форумы, промышленные и технологические выставки, которые пройдут в нашей стране. В их числе – важнейшие отраслевые выставки, которые проходят осенью нынешнего года в Москве и Санкт-Петербурге. Ставшие уже традиционными, эти форумы ежегодно собирают лидеров отрасли и заслуженно пользуются популярностью у российских и зарубежных компаний, работающих в различных отраслях промышленности, станкостроении и металлообработке. Год от года растет число участников этих форумов, и что самое главное – год от года по-

вышается доля российских производителей в общем числе участников и гостей форумов и выставок. Сегодня, по данным «Инженерного клуба», в России существует более 610 производственных и торговых компаний, работающих на рынке сварочного оборудования, материалов и технологий. Наибольшее число компаний, предлагающих сварочное оборудование, – из г. Москвы, г. СанктПетербурга и г. Екатеринбурга. По статистике Росстата, постоянный рост в стране производства электросварочного оборудования начался в 2002 г. и продолжается до сих пор. За последние восемь лет производсГеография компаний, предлагающих сварочное оборудование

тво в физическом выражении увеличилось более чем в 3,5 раза. Словом, сегодня ситуация начинает складываться в пользу отечественной промышленности, и рынок сварочной техники и технологий все больше и больше завоевывают именно российские производители. Об этом свидетельствует и состав участников, и экспозиции российских выставок сварочного оборудования. Наталья Рубцова, главный редактор

МНЕНИЯ Михаил Осеевский, вице-губернатор Санкт-Петербурга Без создания мощной, современной, конкурентоспособной промышленности выбрать инновационный путь развития в России невозможно. Но надо не только стараться по максимуму сохранить лучшее из того, что у нас есть, но и, трезво оценивая текущую ситуацию на российском рынке, выбирать новые отрасли, в которых есть большой и долгосрочный потенциал. Это в первую очередь — автомобилестроение, куда мы пошли совершенно осознанно, поскольку перспективы отрасли очевидны. Точно так же сейчас выбрали для себя в качестве одного из приоритетов фармацевтику и вообще производство всего того, что

связано со здравоохранением. Здесь тоже наши потребности пока на 75 % закрываются импортом. К тому же появление таких мощных отраслей с очень жесткой конкуренцией сразу дает возможность малым и средним предприятиям, которые работают в инновационных областях, получить мощных покупателей.

Михаил Лобин, вице-президент СПП СПб Очевидно, что сейчас нам крайне необходимо оценить ситуацию, в которой находится промышленность Петербурга, и разработать перспективный план ее развития. И такой план, с подачи Промышленного совета, при участии ведущих уче-

ных, разрабатывается на перспективу до 2025 года. Благодаря этой работе мы сможем точно оценить, где нам удалось сохранить научные школы, технологические возможности, кадры и т. д. Только на основе такого анализа стоит определять те реперные точки в промышленности, на которых стоит сконцентрироваться, и вкладывать в их развитие максимум ресурсов и резервов — финансовых, технологических, кадровых, налоговых. Эта работа очень сложная: когда к нам поступил проект плана социально-экономического развития Петербурга до 2025 года, то нынешнее положение промышленности в нем описывалось всего одной фразой. Без выделения точек роста, способных потянуть за собой и все производство в целом, сегодня нам не обойтись.


ЧТО ПРОИСХОДИТ

5

ГРАНДИОЗНАЯ ПРОГРАММА МЕРОПРИЯТИЙ В РАМКАХ ВЫСТАВКИ WELDEX/РОССВАРКА’2010 10-я юбилейная Международная выставка сварочных материалов, оборудования и технологий WELDEX/Россварка ‘2010 откроет свои двери с 12 по 15 октября 2010 года для тысяч посетителей со всего мира. С 2010 года эта ведущая сварочная выставка будет проходить в центре Москвы, в модернизированном выставочном центре «Сокольники». Уже в первый день выставки, во вторник, 12 октября, экспоненты и гости выставки смогут принять участие в работе делового клуба по профессиональным интересам «Сварочное оборудование и материалы для технологического прорыва», организованного Московской межотраслевой ассоциацией главных сварщиков. Все дни выставки в павильоне № 4 будет открыт стенд вакансий. Впервые в этом году пройдет научно-практическая конференция «Новации в мире сварки», посвященная 80-летию журнала «Сварочное производство». Конференция пройдет 13 октября, с докладами выступят представители НПО «Техномаш», МАТИ, МЭИ, ООО «Техпром», ООО «Роар», ИЭС им. Е.О. Патона, РАО «Железные дороги», Ассоциации паяльщиков РФ, ООО «Кемппи», Научно-исследовательского и конструкторского института монтажной технологии, ООО «ПТК» и других организаций. В рамках выставки пройдут зрелищные конкурсы: «Лучший сварщик `2010» (3 номинации: MMA, MIG/MAG, TIG), «Лучший инженер-сварщик года» (3 номинации: Лучший ученый-сварщик; Лучший технолог-сварщик; Лучший разработчик (изготовитель) сварочного оборудования и сварочных материалов), а также самый красивый конкурс «Мисс СВАРКА Мира 2010». О выставке WELDEX-2010 – ведущая специализированная сварочная выставка не только в России, но и в мире. Организатор выставки: Международная выставочная компания MVK. Выставка проходит при поддержке Российского научнотехнического сварочного общества, Московской межот-

раслевой ассоциации главных сварщиков, правительства Москвы, правительства Московской области, а также под патронатом Торгово-промышленной палаты РФ и Европейской сварочной ассоциации. В выставке ежегодно принимают участие более 200 предприятий из 20 стран. Weldex / Россварка – единственная сварочная выставка в России и СНГ, которая получила знак Российского союза выставок и ярмарок и знак UFI- Всемирной ассоциации выставочной индустрии. Успех выставки обеспечивают: „ Проведение выставки в сердце России – Москве, городе, в котором сконцентрировано более 80% всех денежных средств России, в центре принятия важнейших инвестиционных решений. По объему производства Москва и Московская область занимают первое место среди всех регионов России. Промышленность Московского региона основывается на мощной научно-технической базе, именно в Москве сосредоточено большинство проектных институтов. „ Участие в выставке WELDEX/Россварка всех мировых лидеров – производителей оборудования и материалов для сварки, резки и наплавки, таких как ESAB, Weber, Kemppi, Cebora, Внештехконтракт, Weldtech, Fronius, "Искра", Лосиноостровский электродный завод, Технотрон, ИТС и др. „ Постоянно растущий интерес к выставке у многочисленных посетителей из всех индустриально развитых регионов России. Более 10.000 специалистов из всех промышленно развитых регионов России ежегодно принимают активное участие в работе выставки и конференций. Выставка WELDEX/Россварка ежегодно дает мощный стимул для развития отечественной промышленности. WELDEX/ Россварка - это эффективная платформа для делового общения, установления взаимовыгодных контактов и долгосрочных партнерских отношений.

Приглашение на выставку, список участников и деловая программа размещены на сайте www. weldex.ru.


6

ЧТО ПРОИСХОДИТ

Владимир Путин взял «Высоту» Председатель Правительства России Владимир Путин принял участие в открытии на Челябинском трубопрокатном заводе трубоэлектросварочного цеха «Высота 239» - первого проекта отечественной «белой металлургии» - качественно нового типа металлургической промышленности, основанного на инновациях, высочайшем уровне технологий, максимальной автоматизации процессов и принципиально новых условиях труда.

После запуска В. Путин осмотрел цех и ознакомился с процессом изготовления труб. Директор проекта Валентин Тазетзинов рассказал главе Правительства о том, какие в нем применены технологии и какое поставлено оборудование. Помимо технологического процесса, директор проекта обратил внимание премьера на красочное оформление цеха. По его словам, при реализации проекта «Высота 239» был использован весь огромный опыт, накопленный на заводе, а также передовые мировые разработки. Он также показал В. Путину два пресса, которые назвал «сердцем цеха»: по его словам, доставка 24-тонных прессов в Челябинск из Перми, куда их привезли на барже, стала уникальной операцией, металлургам даже потребовалась помощь военных. «Сейчас задача - оправдать высокое доверие. Самое важное – это даже не качество труб, а надежность», - заключил он. «Новый цех – настоящий революционный прорыв. Неразрывное единство инновационных технологий и оборудования, высокой культуры производства, наилучших условий труда, компетентности персонала «Высоты 239» позволяет говорить о том, что в России, на ЧТПЗ, появилась «белая металлургия» - принципиально новый уровень развития отрасли», - отметил сопредседатель Фонда развития трубной промышленности РФ, сенатор от Челябинской области, акционер Группы ЧТПЗ Андрей Комаров. Строительство цеха началось в 2008 г. Стоимость проек-

Мир сварки 2010 №13

та оценивается в 21 млрд руб. В конце 2009 г. группа ЧТПЗ получила госгарантии на строительство «Высоты 239» по кредиту Газпромбанка на 5 млрд руб., что позволило завершить строительство. Новый цех позволит группе ЧТПЗ соответствовать развивающимся технологиям, требующимся в условиях усложнения добычи нефти и газа, например, в районах шельфовых разработок, сейсмически активных зонах и условиях вечной мерзлоты. Мощность цеха составит 600 тыс. т труб большого диаметра в год. «Высота 239» выпускает трубы диаметром от 508 до 1420 мм, которые используются при строительстве магистральных газо- и нефтепроводов. «Благодаря запуску цеха «Высота 239» российская топливно-энергетическая отрасль сможет полностью обеспечить себя трубами большого диаметра, необходимость в импорте полностью отпадет», - отметил Александр Федоров, генеральный директор Группы ЧТПЗ. „

На Тихвинском вагоностроительном заводе начался монтаж оборудования В рамках подготовки производственных мощностей Тихвинского вагоностроительного завода (ТВСЗ) к запуску на предприятии начался монтаж плазморезательных станков американской компании «W. A. Whitney». Современное автоматизированное промышленное оборудование будет установлено на заготовительном участке вагонного производства. Монтаж проводится при участии представителей компании-производителя. Запуск в эксплуатацию станков намечен на IV квартал 2010 г. «W. A. Whitney Company» является лидером листовых технологий на протяжении уже 90 лет. Плазморезательный станок модели 3400XP и 4400MAX – это высокоточный


ЧТО ПРОИСХОДИТ

7

автоматический комплекс, который обеспечивает вы- в 2–3 раза, в том числе и за счет освоения новых видов сокую скорость и точность обработки листового металла продукции, - отметил Владимир Кононов, генеральный и получение качественных деталей при значительном директор ООО «Северсталь-метиз: сварочные материаснижении трудоемкости технологического процесса. лы». – Мы планируем освоить проволоку марки S2Mo для Завершение строительства вагоностроительного про- производства труб большого диаметра, использование изводства, монтаж и запуск в эксплуатацию вагоносбо- которой позволит ТПП стать более гибким к получаемым рочного оборудования запланировано на конец 2010 г. характеристикам сварных швов трубы и сократить затраПоставщиками промышленного оборудования для Тих- ты на закупку дорогостоящих зарубежных аналогов». винского вагоностроительного завода являются автори- Впервые опытные партии проволоки для сварки труб тетные в своих областях производители более чем из 15 большого диаметра были направлены на трубопрокатстран мира. На предприятии применено более 20 авто- ное производство (ТПП) в 2008 году. Тогда они прошли матических и автоматизированных линий, 84 промыш- успешные испытания на предприятии. В прошлом году ленных робота, 3 высокоемких автоматических склада. „ дочернее предприятие «Северсталь-метиза» увеличило долю отгрузки в 6 раз, отгрузив на трубный завод 236 тонн продукции. „

Машиностроительная отрасль кризис выдержала

«В машиностроительном комплексе с начала года наблюдается рост выпуска машин и оборудования на 19%»,- заявил премьер-министр Владимир Путин на международном форуме «Технологии в машиностроении». «Выпуск машин и оборудования в период с начала этого года до настоящего момента в 2010 году увеличился на 19%, транспортных средств – на 22,5%, энергетического оборудования – более чем на 30%», – отметил Путин. Поддержка машиностроения, по его словам, была одним из приоритетов антикризисных мер Правительства РФ в прошлом году и в конце позапрошлого года. Премьер отметил, что Правительство стремилось стимулировать спрос на конкретную продукцию. Все эти меры позволили машиностроительной отрасли пройти через кризис без серьезных потерь. «Конечно, потери были, как и во всем мировом машиностроении, но критических потерь мы все-таки смогли избежать. Причем мы не делили предприятия на своих и чужих. Помощь получали как наши традиционные марки, так и сборочные предприятия иностранных концернов. Сейчас мы видим, как машиностроение быстро восстанавливается», – добавил премьер. В целом в машиностроительном комплексе свыше 7,5 тысяч предприятий, где работает более 4 миллионов человек. „

Новый статус выставки «Сварка» в Ленэкспо

Международная выставка по сварке, резке и родственным технологиям «Сварка» получила статус «Одобрено УФИ». Об этом решении стало известно на собрании исполнительного комитета Всемирной ассоциации выставочной индустрии (УФИ), прошедшем на днях в Будапеште. Факт одобрения выставочных мероприятий Всемирной ассоциацией выставочной индустрии означает, что они отвечают самым высоким международным стандартам качества выставочного продукта, так как заключение УФИ базируется на данных независимой аудиторской проверки его показателей. Такой аудит не является разовым мероприятием, проводимым оператором с целью получения почетного знака - «UFI Approved Event». Это означает, что выставки имеют современное выставочное оборудование, развитую инфраструктуру, предлагают полный перечень товаров и услуг, исходя из потребностей рынка России, экономики отдельных ее регионов. Знак УФИ - это знак гарантированного качества. Это знак лидеров мировой, а не только российской выставочной индустрии. Площадки, осуществляющие такие проекты, - это территория инноваций, прозрачности и доверия. На сегодняшний день уже шесть выставок ОАО «ЛенэксИм стало ООО «Северсталь-метиз: сварочные материа- по» обладают почетным статусом. Ранее отмечены УФИ лы» — дочернее предприятие «Северсталь-метиза». «Авто+Автомеханика. Санкт-Петербург», «Санкт-Петер«Трубопрокатное производство «Северстали» – один из бургский фестиваль цветов и ландшафта», «Зоосфера», ключевых клиентов для нашего предприятия. В этом году «Энергетика и электротехника», Санкт-Петербургский мы хотим увеличить объем поставок продукции для него международный книжный салон. „

Трубопрокатный завод объединения «Северсталь» выбрал основного поставщика


8

ЧТО ПРОИСХОДИТ

Мир сварки 2010 №13

На заводе «Алмаз» спущено на воду новое судно На судостроительном заводе «Алмаз» в конце июля был спущен на воду сторожевой корабль «Триглав», построенный по проекту «Светляк» для военно-морского флота Словении. В церемонии приняли участие губернатор Санкт-Петербурга Валентина Матвиенко, министр обороны Республики Словения Любица Елушич. Выступая на церемонии, Валентина Матвиенко сказала: «Петербург всегда приносит удачу, поэтому у рожденного здесь корабля будет счастливая судьба». Губернатор выразила уверенность, что сторожевой корабль будет надежно охранять морские рубежи Словении, что Министерство обороны Словении останется довольно этим приобретением и продолжит сотрудничество с петербургскими судостроителями. «В Петербурге расположены главные судостроительные предприятия страны, проектные, конструкторские бюро. Они производят конкурентную продукцию высочайшего качества и готовы выполнить любой заказ», – сказала Валентина Матвиенко. Она подчеркнула, что корабли проекта «Светляк» сейчас востребованы не только в России, но и в других странах. Министр обороны Словении отметила, что спуск на воду первого корабля, построенного в России для флота Евросоюза, имеет важное значение для развития политического и экономического сотрудничества Словении и России. «Триглав» – это символ начала сотрудничества Словении и Санкт-Петербурга. «Корабль поможет соединить два моря – Балтийское и Адриатическое», – сказала Любица Елушич. Она сообщила, что «Триглав» будет многофункциональным – не только военным, но также экологическим и учебным кораблем. „

На Урале построят первый в России завод по производству оборудования для металлургических предприятий Компания «РЭЛТЕК» заключила соглашение с немецкой компанией «Евромак» о строительстве завода по производству оборудования для металлургических предприятий. Новый завод станет уникальным для России производством. Как рассказал исполнительный директор ЗАО «РЭЛТЕК» Георгий Алексеев, в настоящее время аналогичных предприятий в России не осталось, так как все заводы по производству оборудования для металлургических предприятий располагаются на территориях бывших республик СССР, а ныне - стран СНГ. В создание нового завода будет инвестировано 7 млн евро. Численность сотрудников предприятия составит порядка 50 человек. Возведение объекта начнется в октябре 2010 года. В настоящее время ведутся переговоры с потенциальными клиентами будущего предприятия. Как стало известно, в их числе будет объединение «Уралвагонзавод» и другие предприятия металлургического кластера. „

В Петербурге металл выйдет на торги «Санкт-Петербургская международная товарно-сырьевая биржа» (СПб МТСБ) в декабре 2010 года планирует запустить торги металлопродукцией. Среди участников торгов могут оказаться ведущие сталепрокатные и сталелитейные предприятия России, в том числе и такие крупные, как «Северсталь». Как рассказал в Санкт-Петербурге исполнительный директор биржи Георгий Мацакян, на начальном этапе «СПб МТСБ» рассчитывает достичь объема продаж по данному виду продукции на уровне 50 тыс. т в месяц.


ЧТО ПРОИСХОДИТ

9

В настоящее время биржа торгует углем, агропромыш- щиком оборудования – германская SMS Siemag. Кроме ленной продукцией и нефтепродуктами. В частности, по того, стан оснащается печами французской компании нефтепродуктам ежемесячный оборот торгов достигает 9 Fives Stein, вальцешлифовальным оборудованием итальмлрд руб. (250-300 тыс. т продукции), что составляет по- янской фирмы Tenova Pomini и крановым оборудованирядка 500 сделок в месяц. В 2011 году биржа планирует ем финского и украинского производства. В частности, в комплексе будет действовать уникальный кран грузоповыйти на экспортные продажи нефтепродуктами. „ дъемностью 400 тонн производства финской Konecranes. ОМК приступила к строительству Стана-5000 в Выксе в 2007 г. В генеральном плане стана предусмотрено возОбъединенная металлургическая компания (ЗАО ведение 57 объектов на участке около 52 га. В целом в «ОМК», Москва) приступила к монтажу основного комплексе будет установлено технологическое оборудооборудования Стана-5000 на территории Выксун- вание весом 28 тыс. т. „ ского металлургического завода (ОАО «ВМЗ», Нижегородская область, входит в состав ЗАО «ОМК»). В Беларуси изобрели мягкий чугун. Это изобретение может оказаться знаковым не только для металлургии в целом, но и для тракторостроения в частности. Авторы работы — академик Евгений Марукович, кандидаты технических наук Владимир Бевза и Александр Бодяко — разработали и внедрили в промышленное производство принципиально новый метод непрерывно-циклического литья намораживанием высокоизносостойких деталей техники. В основе его лежат идеи, высказанные еще корифеями металлургии академиками Вейником и Анисовичем. Но для того чтобы осуществить их на практике, потребовались десятки лет. Разработки ученых нашли применение в производственных процессах при сборке машин и агрегатов на более чем 150 отечественных и зарубежных предприятиях, они отличаются совершенно иным подходом к разрешению проблем традиционной металлургии. А метод намораживания позволяет в определенной степени управлять Монтаж планируется завершить в феврале 2011 г., после процессами теплообмена и благодаря этому добиваться чего пройдут холодные и комплексные испытания. Парал- сверхпрочности металла. Представляя работу участнилельно с монтажом продолжается поставка технологи- кам обсуждения, среди которых — видные ученые в обческого оборудования – она продлится до ноября 2010 г. ласти физики и металлургии, академики и профессора, Ввод Стана-5000 в эксплуатацию намечен на II квар- Евгений Марукович наглядно продемонстрировал унитал 2011 г. Мощность комплекса составит 1200 кальные свойства отливок из чугуна. тыс. т широкополосного листа в год. Общая стои- Для внедрения метода в производство могилевские учемость проекта оценивается в 47 млрд руб. На 1 ные создали уникальное литейное оборудование. На его июля 2010 г. профинансировано 19,6 млрд рублей. основе при Институте технологии металлов работает ин«Специализированный комплекс по производству лис- новационное производственное предприятие «Технолит», тового проката трубного сортамента будет отличаться от обеспечивая сверхпрочными деталями производства 70 двух действующих в России конструкцией основного обо- отечественных и 80 зарубежных партнеров. Из зарубежрудования, - отметил вице-президент ОМК, исполнитель- ных машиностроительных гигантов наиболее тесное соный директор ВМЗ Владимир Кочетков. - Завершив этот трудничество — с «Кировцем». Всего же годовой объем масштабный проект, ОМК впервые в мире разместит производства здесь составляет 2 миллиона деталей. При на единой производственной площадке листопрокатный этом речь идет о широкой замене некоторых марок стали стан рядом с комплексом труб большого диаметра», - до- чугунным литьем не только без потери нужной прочности, бавил он. Генеральным подрядчиком строительства объ- но даже при увеличении износостойкости отливок. „ екта является австрийская Strabag, основным постав-

Начался монтаж оборудования Стана-5000

Чугун бывает мягким


10

ЧТО ПРОИСХОДИТ

Мир сварки 2010 №13

МАШИНОСТРОЕНИЕ И СВАРКА: ОБЗОР ОТРАСЛЕЙ Единство двух важных направлений российской промышленности с 21 по 23 июня 2010 года было представлено в рамках специализированных выставок «Машиностроение. Станки. Инструмент» и «Сварка», которые прошли в Нижнем Новгороде на базе выставочного комплекса «Нижегородская ярмарка». Выставки были организованы при поддержке правительства Нижегородской области, Нижегородской ассоциации промышленников и предпринимателей, Нижегородского государственного технического университета им. Р. Е. Алексеева.

Экспозиция 9-й Международной выставки «Машиностроение. Станки. Инструмент» представила новейшие технологии, материалы, оборудование для металлообработки, средства автоматизации и механизации производственных процессов, технооснастку, гидравлическое и пневмооборудование, подшипники, компрессорное и контрольно-измерительное оборудование, грузоподъемное машиностроение, лазерную технику, станки для обработки камня, дерева, комплекты инструментов и оснастку для различных отраслей промышленности и быта, оборудование дефектоскопии, средства охраны труда и спецодежду. 14-я специализированная выставка «Сварка» в свою очередь продемонстрировала передовые сварочные технологии, различные виды и способы сварки, оборудование для подготовки поверхности, инструменты для сварки в среде защитного газа, средства измерения, контроля и обработки данных, средства защиты сварщиков. В этом году в специализированных выставках приняли участие свыше 50 предприятий и организаций из 12 регионов Российской Федерации, а именно из Нижнего Новгорода, Москвы и Московской области, Санкт-Петербурга и Ле-

нинградской области, Владимирской, Ульяновской, Самарской, Орловской, Оренбургской, Свердловской, Рязанской областей и Пермского края. Также свою передовую продукцию и проекты представили официальные представительства из стран ближнего и дальнего зарубежья: из Республики Беларусь, Чехии, Словакии, Израиля, Китая, Кореи, Швеции, Швейцарии, Японии. В рамках деловой программы выставок состоялась научно-практическая конференция «Машиностроение. Интеграция науки, образования и производства», организатором которой стало Министерство промышленности и инноваций Нижегородской области совместно с ЗАО «Дидактические Системы» (г. Москва) и НГТУ им. Р. Е. Алексеева. Кроме этого, деловая программа включила проведение семинара по теме «Современное сварочное производство Нижегородской области». В целом выставки «Машиностроение. Станки. Инструмент» и «Сварка», по мнению организаторов и экспонентов, в полной мере отразили состояние и отдельные достижения в данных отраслях промышленности, что помогло провести адекватную оценку ее работы за последний год.


ЧТО ПРОИСХОДИТ

197373, Санкт-Петербург, ул. Савушкина, 85 +7 (812) 430-28-31 www.electra-its.ru

ЧТО ПРОИСХОДИТ

11


12

СВАРОЧНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Мир сварки 2010 №13

ТЕХНОЛОГИЧНЫЕ СВАРОЧНЫЕ РЕШЕНИЯ ОТ КОМПАНИИ MIGATRONIC Сварочные технологии, как и любые другие, не стоят на месте, развиваясь и дополняясь практическими знаниями. В сотнях лабораторий по всему миру специалисты разрабатывают оптимальные сварочные программы, внедряя новые системы и расширяя возможности автоматизации процесса. Результатом этих исследований становятся новые поколения сварочных аппаратов, которые уже позволяют получать не только прекрасные характеристики шва, но и обеспечивают экономию электро- и газопотребления, а также соответствуют всем экологическим и эргономическим нормам. Датская компания Migatronic, дистрибьютором которой на российском рынке является компания ДЮКОН, всегда отличалась именно тем, что очень большое внимание уделяла именно своим технологическим разработкам. Одной из последних технологий, внедряемых компанией, является функция TIG-A-Tack™. TIG-A-Tack™ - это новая функция мощных сварочных аппаратов, применяемая для прихваточной сварки нержавеющей стали перед окончательной сваркой. Эту функцию на аппарате активирует всего одна кнопка. На практике процесс прихваточной сварки не стандартизирован, и внешне шов выглядит непривлекательно, его продолжительность тоже колеблется Тем не менее большинство сварщиков сталкивается с этим видом работ. Поводка материала в этих случаях недопустима, она оста-

лась в прошлом. Новый процесс гарантирует, что прихватки будут абсолютно незаметны после окончательной сварки. Для достижения наилучшего из возможных результатов используются малое тепловложение и высокая передача энергии за очень короткий период времени. Это позволяет сохранять механические и антикоррозионные свойства нержавеющей стали. Этот процесс происходит в 0,03 секунды на толщине 0,5 мм при 120А в противоположность 0,5 секундам при 50А при традиционном способе. «Процесс прихваточной сварки должен быть быстр как молния. Это единственный путь достичь косметичности шва и прочности после окончательной сварки. Сварочный процесс TIGA-Tack™ обеспечивает быструю прихваточную сварку и незаметность прихваток после финальной сварки», – комментирует продукт-менеджер компании Migatronic Торбен Хенриксен. Функция TIG-A-Tack™ используется в новых аппаратах Migatronic серии Pi. Многие технологии, разработанные Migatronic, запатентованы, они используются в таких сериях сварочных аппаратов, как Sigma2, Pi и Omega. Расширение семейства Pi За много лет существования машин семейства Pi эти машины доказали свою эффективность и стали необыкновенно популярны среди малых и крупных предприятий. Именно поэтому модельный ряд Pi был расширен за счет нового аппарата


СВАРОЧНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Pi 350 DC, который производится в 2 версиях: с водяным и с воздушным охлаждением. Аппарат имеет дополнительно 3 контрольные панели: TIG H панель, панель для высокочастотной неимпульсной сварки, TIG HP панель – высокочастотная импульсная сварка и панель MMA. Pi 350 – это достаточно мощная машина, при этом она гораздо компактнее предыдущих моделей Pi 320, 400, 500, но рассчитана на диапазон токов до 350А. Можно сказать, что новая модель семейства Pi идеальна для сервисных инженеров или монтажников, которым нужна большая мощность, чем та, которую могут предложить обычные переносные сварочные аппараты. Новая машина также оснащена функцией TIG-A-Tack™, которая используется для прихваточной сварки нержавеющей стали. Эта функция активируется всего одним нажатием клавиши. Кроме того, новый аппарат Pi 350 DC HP имеет встроенную систему Synergy Plus. И дополнительно могут быть заказаны все интеллектуальные функции, которые отличают сварочные аппараты Migatronic: система контроля расхода газа, горелка с обратной связью и др. И, наконец, этой машиной очень легко управлять, она сконструирована в соответствии с философией «Включи, нажми и сваривай». Еще одной серией аппаратов, которая концентрирует в себе новейшие разработки, является Sigma2. Migatronic Sigma2 – это новый модельный ряд инвертеров, второе поколение популярных аппаратов Sigma. Модельный ряд включает в себя три типа источников (300/400/500), которые представлены как в компактном исполнении, так и с отдельным блоком подачи проволоки, с импульсным режимом или без. Большое количество настраиваемых параметров MIG/MAG-сварки различных материалов делают этот аппарат востребованным в самых различных отраслях промышленности, на сборочных производствах, в тяжелом машиностроении, судостроении и автомобилестроении. Sigma2 500 также снабжен функцией выполнения строжки и специально разработанным пакетом программ Power Arc™, благодаря которым обеспечивается полный провар углового и стыкового швов при использовании низкоуглеродистой стали. Также имеется возможность дополнить набор сварочных программ с помощью обычной SD-карты, на контрольной панели аппарата расположен соответствующий слот. Две наиболее сложные панели синергетического и импульсного режима сварки, содержащие 100 и 160 программ соответственно, могут быть заблокированы от непреднамеренного использования. Продвинутый контроль потребления газа Система контроля за потреблением газа Gas Control IGC® разработана специально для Sigma2. IGC® - это газосберегающий комплект, объединенный с системой динамического контроля

13

газа, который отслеживает потребление газа и оптимизирует подачу защитного газа для выбранной программы сварки. При благоприятных условиях IGC® может сократить потребление газа до 50%. Несмотря на высокий технологический уровень, система IGC® может функционировать со стандартными редукторами. Из компактных машин нового поколения своей функциональностью выделяется аппарат Omega Mini. Omega Mini 270 – это компактный ручной сварочный аппарат, который обладает функциональностью не меньшей, чем большие профессиональные машины. Он так же хорош для MIG/MAG-сварки, как и его старший «брат» из линейки Omega, обычно имеющий промышленное применение. Omega Mini комплектуется также 4-роликовым подающим механизмом, катушкой под проволоку диаметром 200 мм, может быть реализован в виде компактного источника тока для проведения полевых монтажных работ или в виде мобильного источника на транспортной тележке. Omega Mini – это оптимальный аппарат компактного исполнения для MIG/MAG-сварки алюминия, нержавеющей и низкоуглеродистой стали, оснащенный продвинутой панелью управления и синергетическими программами сварки. Изменение полярности – это стандартная опция, которая делает машину пригодной для сварки порошковой проволокой без защитного газа. Omega Mini был протестирован на нескольких европейских предприятиях, в том числе и на судостроительных, где аппарат эксплуатируется в тяжелых условиях и постоянно переносится с места на место. Omega Mini поставляется с пакетом программ для сварки, а посредством SD-карты возможно загружать новые программы, которые подготовят аппарат для будущих задач и новых потребностей. В стандартную комплектацию аппарата входит Mig-A Twist®, новая сварочная горелка с возможностью вращения гусака, которая делает позу сварщика удобной, независимо от угла, под которым он варит. Промышленная Группа «ДЮКОН» www.dukon.ru


14

СВАРОЧНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

ООО «СП Техникорд»

Надежный поставщик оборудования и материалов для газотермического напыления и газопламенной наплавки. 140000, Московская область, г.Люберцы, Октябрьский пр-т, д.259-а. Тел.: +7 (495) 554-70-88, 554 61-46 Факс: +7 (495) 554-74-69 e-mail: sp@technicord.ru www.technicord.ru

KUKA Robotics

Rus OOO

Verbnaya str., 8А, bld 1. 107143, Moscow Tel. +7 495 781-31-20 Fax +7 495 781-31-19 info@kuka-robotics.ru

www.kuka-robotics.ru

МЫ МОЖЕМ ВСЕ!

Мир сварки 2010 №13


15 15


16

СВАРОЧНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Мир сварки 2010 №13

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ, СОПУТСТВУЮЩИЙ И ПОСЛЕДУЮЩИЙ ПОДОГРЕВ В СВАРОЧНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

С. Давыдов, менеджер направления "Газопламенная обработка и оборудование" ОАО «Линде Газ Рус»

В современном производстве широко распространено использование сталей со специальными свойствами. Применение данных материалов позволяет получить изделия с высокими прочностными свойствами, коррозионной и химической стойкостью, способных работать в условиях критических температур и дающих дополнительные возможности по снижению веса и общей стоимости конечных изделий. Тем не менее использование специальных материалов требует применения особых технологий во время выполнения процессов вырезки заготовок и проведения сварочных операций. Технология подогрева Эффективным методом предотвращения образования возможных дефектов, таких как появление горячих и холодных трещин, изменение свойств материала в зоне термического влияния является применение предварительного, сопутствующего и последующего подогрева при выполнении сварочных операций и других технологических операций. При резке данных материалов обычно применяется предварительный подогрев, при сварке применяется предварительный, а также сопутствующий и последующий подогрев.

Подогрев может также применяться при обработке других материалов (например, алюминия), особенно при большой толщине материала. При резке сталей применение подогрева позволяет разрезать металл большой толщины с лучшим качеством и более высокой скоростью. Температура и зона необходимого прогрева зависит от типа материала, его толщины и последующего процесса обработки. При этом важно выдерживать технологически заданную температуру непосредственно в процессе сварки и резки материала. Подогрев должен быть обеспечен равномерно по всей толщине материала на всю зону термического влияния.

Рис 2. Зоны предварительного подогрева В зависимости от возможностей производства, применяемых материалов, размеров изделий и последующего процесса обработки применяются различные варианты нагрева, такие как: - нагрев в печи с последующим перемещением заготовок на сварочно-сборочные стенды; - нагрев заготовки газовым пламенем с последующим выполнением сварочных и резательных операций; - локальный нагрев газовыми горелками, технологически совмещенный с процессом сварки/резки, - нагрев электрическими матами; - индуктивный нагрев заготовки. В конечном счете эффективность применения подогрева зависит от точности, равномерности и управляемости процессом распределения температуры по всей толщине материала в требуемой зоне термического влияния, а также скорости выполнения нагрева.

Рис 1. Подогрев при резке и сварке специальных сталей

Подогрев газовым пламенем Локальный нагрев газовыми горелками, технологически


СВАРОЧНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Рис 3. Локальный нагрев газовым горелками, совмещенный с процессом сварки совмещенный с процессом сварки/резки, является наиболее универсальным методом, требует минимальных вложений в оборудование. Данный процесс также является экономически выгодным за счет минимального остывания заготовки перед процессом обработки и прогрева только технологически необходимых зон термического влияния без дополнительных затрат на нагрев всей конструкции. Выделяемая горелками энергия и ее концентрация в пламени должны соответствовать задаче подогрева. Количество данной энергии определяется применяемыми газами, размером и конструкцией сопел. Для горелок локального нагрева могут применяться различные газы: горючие - ацетилен, пропан или природный газ; окисляющие - воздух из окружающей среды без наддува, сжатый воздух или кислород. Ɋɚɫɩɪɟɞɟɥɟɧɢɟ ɬɟɦɩɟɪɚɬɭɪɵ ɜ ɤɢɫɥɨɪɨɞɧɨɚɰɟɬɢɥɟɧɨɜɨɦ ɩɥɚɦɟɧɢ

Ɍɟɦɩɟɪɚɬɭɪɚ ɩɥɚɦɟɧɢ

3,200

Ⱥɰɟɬɢɥɟɧ 3,100

3,000 ɋɦɟɫɶ ɫ ɷɬɢɥɟɧɨɦ ɋɦɟɫɶ ɆȺɎ 2,900 ɉɪɨɩɢɥɟɧ ɗɬɢɥɟɧ 2,800 Ɇɟɬɚɧ

ɉɪɨɩɚɧ

2,700

2,500

2,700

2,900

3,100

Ɍɟɦɩɟɪɚɬɭɪɚ °C

2,600 0 1:1 1:2 1:3 1:4 1:5 ɋɨɬɧɨɲɟɧɢɟ ɪɚɫɯɨɞɚ ɝɨɪɸɱɟɝɨ ɝɚɡɚ ɢ ɤɢɫɥɨɪɨɞɚ ɜ ɝɨɪɟɥɤɟ ( ɦ3/ɦ3)

1:6

Рис 4. Распределение энергии в ацетиленовом пламени и температура пламени различных горючих газов Горючие газы имеют очень большое влияние на скорость подогрева, возможность автоматизации процесса и конеч-

17

ное качество обработки. Медленногорючие газы (такие как пропан и природный газ) отличаются длинным факелом пламени с широким рассеиванием тепла. Применение в качестве окислителя воздуха их окружающей среды без наддува приводит к низко контролируемому процессу нагрева и в конечном счете – к неэффективному использованию сжигаемых газов и дополнительным расходам. При этом важен как правильный выбор горючего газа и окислителя, так и правильное расположение горелок относительно нагреваемого материала для обеспечения передачи всей энергии пламени в обрабатываемый материал. Слишком большой поток газа при малом расстоянии горелки от подогреваемой поверхности приводит к тому, что пламя будет нагревать не только деталь, но также и саму систему горелок. То же происходит при применении горючего газа с низкой скоростью горения (пропан или природный газ) за счет того, что факел пламени отражается от нагреваемой поверхности и догорает в области горелок. В конечном счете тратится избыточное количество энергии и происходит перегрев горелок и более быстрый выход их из строя. Пламя на основе комбинации ацетилена и сжатого воздуха дает максимальную энергию за счет высокой температуры горения ацетилена и может быть хорошо скорректированным и контролируемым. Горелки на данной смеси газов за счет высокой скорости горения ацетилена и, как следствие, высокой концентрации энергии пламени являются наиболее эффективными по производительности, долговечности и экономичности. В то же время низкая концентрация выделяемой влаги в пламени при сгорании ацетилена (< 4%), по сравнению с пропаном (31%) и природным газом (40%), является важным дополнительным преимуществом применения ацетилена для систем подогрева, совмещенных со сварочным процессом. Наилучшим образом подобранная и настроенная система позволяет получить быстрый и экономически выгодный метод подогрева и дает возможность для совмещения процесса подогрева с процессом сварки/резки. Комплексное решение компании Линде Газ LINDOFLAMM® системы предварительного, сопутствующего и последующего подогрева на базе высокопроизводительных горелок с ацетилен/воздушным пламенем включают системы хранения и подачи технологических газов и системы контроля с различной степенью автоматизации процесса, а также комплексное обеспечение техническими газами. Степень автоматизации систем подогрева определяется заказчиком и может включать от ручных систем управления регулирования пламени до автоматических систем управления процессом с обратной связью оперативного контроля температуры, включая регистрацию температуры заготовки в процессе обработки и интеграцию системы управления подогревом в автоматический процесс управления производством.


18

СВАРОЧНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Мир сварки 2010 №13

Рис 8. LINDOFLAMM® предварительный подогрев карданного вала с электрическим поджигом менение высококонцентрированного пламени локального нагрева снизило избыточный нагрев вала вне ЗТВ и повысило его прочностные свойства. 3. Подогрев при сварке химического резервуара Примеры систем предварительного подогрева Диаметр резервуара d = 2900мм. Толщина стенки — 43мм LINDOFLAMM® 1. Предварительный подогрев балки, совмещенный с Температура подогрева предварительного подогрева 150° C. В дополнение к точному соблюдению температуры попроцессом сварки под флюсом Размер конструкции 1200x800мм, длина 22000мм, толщи- догрева важное значение для обеспечения качественного сварного соединения необходимо предотвращение наличия на 65мм. влаги в зоне сварочной ванны. Температура предварительного подогрева 120-150 ° C. Ранее применяемая технология подогрева на базе проСкорость сварки 400-500 мм/мин. Система LINDOFLAMM® с линейными горелками ацетилен/ пан/воздушных горелок без наддува в связи с их низкой интенсивностью была заменена системой LINDOFLAMM® с сжатый воздух, совмещенная со сваркой под флюсом. горелками ацетилен/сжатый воздух. Рис 5. Системы подогрева LINDOFLAMM ® Рис 6. Автоматизация системы подогрева LINDOFLAMM ®

Рис 7. LINDOFLAMM® совмещенный предварительный подогрев совмещенный с сварочным процессом Результат: применение горелок LINDOFLAMM® позволило совместить процесс предварительного подогрева с процессом сварки. 2. Предварительный подогрев зоны сварки карданного вала Диаметр вала 219 мм, толщина стенки вала 15 мм. Минимальная длина вала 1 105 мм, масса (вес) вала 300 кг. Комбинация материалов (С 45 до S 355 или 42CrMo4). Температура предварительного подогрева 250 до 350 ° C. Сварка в среде защитных газов. Ранее применяемая система подогрева пропан/сжатый воздух была заменена системой LINDOFLAMM® с 10-сопельными горелками ацетилен/сжатый воздух. Результат: применение горелок LINDOFLAMM® позволило сократить время подогрева с 30 до 10 минут и повысило экономическую эффективность процесса. Кроме того, при-

Рис 9. LINDOFLAMM® подогрев корпуса свариваемого химического резервуара Результат: применение системы подогрева LINDOFLAMM® с горелками ацетилен/сжатый воздух позволило снизить общие затраты на подогрев на 32,4% и полностью избежать возникновения сварочных дефектов за счет значительного снижения выделения влаги из пламени в зоне подогрева. ОАО «ЛИНДЕ ГАЗ РУС»: г. Балашиха, ул. Белякова, Д.1А, тел.(495)7777-047 факс(495)7777-048 www.linde-gas.ru г.Санкт-Петербург, ул. Благодатная, д.67 тел.(812) 332-03-5 факс (812) 332-03-88


СВАРОЧНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Новые полуавтоматы компании Fronius: TransSteel – комплексное решение для превосходной сварки стали Стальные конструкции должны быть прочными и надежными. Само собой разумеется, что для их изготовления следует использовать качественные и надежные инструменты. Это также касается и сварки. Сварочный полуавтомат инверторного типа TransSteel был разработан с учетом требований надежности и прочности, 100-процентной воспроизводимости результатов, удобства в использовании и простоты в управлении. Сварочные полуавтоматы TransSteel – новое семейство инверторных полуавтоматов в ассортименте компании Fronius. Родоначальник «цифровой революции» в сварке и признанный эксперт в области разработок сварочных аппаратов с микропроцессорным управлением ием компания Fronius впервые представила данные аппараты на выставке в городе Essen в 2009 году. Разработка этих аппаратов былаа начата, что называется с нуля. Новый дизайн, новая концепция, новые сварочные технологии Steel Transfer Technology заложенные в аппарат. Дизайн полуавтомата разработан с учетом удобства эксплуатации и защиты органов управления и интерфейсов от механических повреждений. Наклонные панели с большим углом обзора облегчают контроль и управление сварочным процессом. Органы управления и разъёмы для подключения кабелей в небольших углублениях для защиты от ударов. Корпус источника и подающего механизма изготовлен из ударопрочных и экологически безопасных материалов. Все органы управления расположены на подающем механизме, что позволяет использовать его на значительном удалении от источника сварочного тока. Легкие и компактные подающие механизмы выпускаются с ручным управлением и синергетическим. Синергетическое управление с технологией Steel Transfer Technology расширяет возможности полуавтоматов TransSteel и делает их универсальными машинами для сварки стали. Steel, SteelRoot, SteelDynamic – технологии сварки, которые перекрывают все современные применения полуавтоматов для сварки стали. Технология Steel – для выполнения стандартных задач с синергетическим управлением. SteelRoot – технология сварки без брызг короткой дугой с более холодной и управляемой свароч-

19

ной ванной. SteelRoot превосходно справляется с задачами сварки корневых швов без подкладки, вертикальных и потолочных швов. SteelDynamic – технология сварки динамичной концентрированной дугой, для высокопроизводительной сварки больших толщин. Панели управления интуитивно понятны и не требуют дополнительного обучения. Запоминание и вызов оптимальных параметров сварки осуществляется однократным нажатием соответствующей кнопки. Смотровое окно отсека сварочной проволоки и функция заправки сварочной проволоки без открывания отсека подающего механизма Comfort Wire облегчают сварщику работу с TransSteel, сокращают вспомогательное время и увеличивают производительность труда. Источники сварочного тока TransSteel доступны в двух исполнениях на ток 350 ампер и 500 ампер. Продолжительность включения на этих токах составляет 40% при 400С в 10-минутном цикле. Для намотки силового трансформатора используется провод литцендрат. Это провод, состоящий из сотен сверхтонких отдельных проводков, используется для производства катушек индуктивности высокой добротности. Для сердечника применяется высокопроницаемый феррит. Все это позволяет поднять частоту преобразования и, как следствие, повысить КПД, уменьшить потребление энергии и снизить размеры и вес. Источники имеют класс защиты IP23 – для промышленного применения в помещении и за пределами помещений. Источники оборудованы фильтром защиты от пыли и автоматическим вентилятором, который включается по мере необходимости. Использование данных решений обеспечивает высокую защиту от пыли и повышает эффективность использования электроэнергии. Функциональность, высокое качество сварки и надежность главные составляющие новой системы TransSteel. Многие предприятия убедились в этом и пользуются этой продукцией. Официальный представитель Fronius в России — ООО «Технологический центр ТЕНА» 107553, г. Москва, Окружной проезд, д.5, стр.1, +7 (495)787-33-16, (499) 780-21-13 fronius@tctena.ru 196084, Россия, г.Санкт-Петербург, ул. Коли Томчака 9 Е (812) 309-20-61 fronius_spb@tctena.ru www.fronius.ru


20

ОБМЕН ОПЫТОМ

Мир сварки 2010 №13

ВЫСОКОЛЕГИРОВАННЫЕ АЗОТИСТЫЕ СТАЛИ. ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ И ОСОБЕННОСТИ СВАРКИ Обзор

УДК 621.791:669.15’786-194.56 Баранов А.В., Бишоков Р.В., Мельников П.В., Могильников В.А., Березовская Л.А., Алексеева Л.Н. (ФГУП «ЦНИИ КМ «Прометей»)

Дан обзор существующих в промышленности высоколегированных азотсодержащих сталей и применяемых для их сварки технологий. жании, при котором образования δ-феррита не происхоВведение В последние годы широкое развитие получают новые дит, или оно незначительно [3]. В случае необходимости обеспечения магнитной прокоррозионностойкие высокопрочные азотистые стали. Применение данных сталей позволяет существенно сни- ницаемости в сочетании с достаточной технологической зить массу изготавливаемых металлоконструкций. Они трещиностойкостью металл шва при сварке маломагнитнашли применение в судостроении [1], химической, не- ных сталей должен иметь аустенитную структуру с минифтегазовой промышленности, ядерной и тепловой энер- мальным содержанием δ-феррита. В РФ разработкой азотистых высокопрочных сталей загетике. Многочисленные исследования подтвердили, что раз- нимаются ФГУП «ЦНИИ КМ «Прометей», ИМЕТ РАН им. работка аустенитных сварочных материалов, дополни- акад. А. А. Байкова и ФГУП «ЦНИИчермет им. И. П. Бартельно легированных азотом, экономически целесооб- дина». Например, ФГУП «ЦНИИчермет им. И. П. Бардиразна. В первую очередь азот вводится в сталь как аустенито- на» разработаны стали марок 03Х24Н6АМ3 (ЗИ130) и образующий элемент с сильно выраженными эффектами 05Х22Н7АМ3-Ш (ЭК72-Ш), применяемые для изготовлетвердорастворного и карбонитридного упрочнения [2]. ния холоднокатаных труб теплообменников и корпусов Азот, находясь в твердом растворе, значительно повы- геофизических приборов, а ФГУП «ЦНИИ КМ «Прометей» шает прочностные свойства металла за счет искажения создал высокопрочные стали аустенитного класса макристаллической решетки без существенного снижения рок 04Х20Н6Г11М2АФБ, использующиеся в химической и целлюлозно-бумажной промышленности (химические пластичности. Сварные швы аустенитных сталей могут иметь структу- реакторы, оборудование для производства целлюлозы), ру двух типов – аустенитную, или однофазную, и аусте- а также трубах для направленного бурения и 04Х20Н14Гнитно-ферритную, или двухфазную (дуплекс- и супер- 6М2АСБ (НС-5Т), которую планируется применять при дуплекс-стали). Однофазные швы значительно уступают изготовлении танков судов-газовозов. Особенностью данных марок стали является их немагнитность. Сталь двухфазным по стойкости против горячих трещин. Анализ различных композиций легирования свароч- Х22АГ15Н8М разработки ИМЕТ РАН им. акад. А. А. Байкова используется в литом виде ных материалов покадля изготовления судовой арзывает, что прочносВ РФ разработкой азотистых высокопрочных матуры. тные свойства аустесталей занимаются ФГУП «ЦНИИ КМ Высоколегированные азотнитного металла шва «Прометей», ИМЕТ РАН им. акад. А. А. Байкова содержащие стали свариваютповышаются при увеи ФГУП «ЦНИИчермет им. И. П. Бардина». ся всеми основными дуговыми личении содержания методами сварки. хрома, никеля, молибСтоит отметить, что в случае сварки высоколегиродена, ванадия и азота, при этом повышение наблюдается как при низком содержании никеля, сопровождающимся ванных марганцовистых сталей вследствие сложности образованием δ-феррита, так и при высоком его содер- системы легирования возникает опасность образования


ОБМЕН ОПЫТОМ

пригара. Данное обстоятельство приводит к необходимости разработки специальных шлаковых систем. Одной из основных особенностей сварки аустенитными сварочными материалами, легированными азотом, является значительная усадка металла шва при охлаждении, связанная с высоким коэффициентом расширения стали и достаточно высокие остаточные напряжения. Это приводит к значительным деформациям конструкции, а также, в сочетании с крупнозернистой структурой, - к опасности возникновения горячих кратерных трещин. Для снижения деформаций конструкции применяются соответствующие допуски при сборке, устанавливаются подкрепляющие приспособления. Сильного различия технологий сварки с точки зрения параметров режима или подготовки к сварке между аустенитными и дуплекссталями нет [4]. Сварка производится узкими валиками, короткой дугой на максимально возможной при условии качественного формирования шва скорости. Межпроходная температура лимитируется. Кратеры наплавляемых валиков тщательно завариваются. Легированные азотом аустенитные сварочные материалы, как и любые другие аустенитные или двухфазные сварочные материалы, обеспечивают достаточно небольшое проплавление основного металла, что требует тщательного подбора и соблюдения схемы раскладки наплавляемых валиков. В противном случае не удастся избежать образования межваликовых несплавлений, заполненных шлаком. При сварке в защитном газе для снижения степени обеднения металла шва и ЗТВ азотом, а также во избежание выпадения нитридов в ферритных зернах вблизи поверхности шва в случае сварки дуплекс-сталей рекомендуется вводить в состав защитного газа 1-2 % азота.

21

В качестве защитного газа при механизированной сварке используется смесь М21. Послесварочная термообработка конструкций не требуется. Отпуск для снятия сварочных напряжений применяется только в некоторых случаях. Для повышения коррозионной стойкости сварных соединений рекомендуется подвергать их пескоструйной обработке или обработке проволочной щеткой [4]. В отечественном судостроении известны сварочные материалы аустенитного и аустенитно-ферритного типов, применяющиеся для сварки ответственных соединений низколегированных сталей высокой прочности: проволока марки Св-10Х19Н23Г2М5ФАТ (ЭП-868) для сварки под флюсом, проволоки марки Св-10Х19Н11М4Ф (ЭП-647) и ПП-А22/9 (Св-03Х22Н9АМ3) для механизированной сварки в защитном газе, покрытые электроды ЭА-981/15. Эти материалы были опробованы также и для сварки азотистых сталей. Проволока ЭП-868 показала полную пригодность в сочетании с флюсом 48-ОФ-6М, а проволока ЭП-647, гарантируя достаточную прочность и вязкость металла шва, обеспечивает высокую магнитную проницаемость сварного соединения (μ≈2,6). В России специально для сварки азотистых сталей аустенитного класса «ЦНИИ КМ «Прометей» разработаны покрытые электроды ЭА-868/20, проволока для механизированной сварки в защитном газе марки Св-06Х20Н16Г4АМ3, а также подобрано сочетание «флюс-проволока» (48ОФ-6-М + Св-10Х19Н23Г2М5ФАТ (ЭП-868)). В Европейском сообществе материалы для сварки подобных сталей должны соответствовать норме EN 12072 «Электродная проволока, проволока и прутки для дуговой сварки нержавеющих и жаростойких сталей». Норма

Рисунок 1. Структура различных участков шва пробы наплавленного металла, выполненного проволокой Св--06Х20Н16Г4АМ3


22

ОБМЕН ОПЫТОМ

EN 12072 приводит правила классификации сварочных материалов для дуговой сварки в среде защитных газов следующими методами: • неплавящимся электродом в среде защитных газов, • плавящимся электродом в среде защитных газов, • под флюсом, • струёй плазмы, для нержавеющих и жаростойких сталей. Классификация сварочных материалов основана на их химическом составе. Каждому типу химического состава материала соответствуют определенные требования к механическим свойствам наплавленного металла, а также регламентируется необходимость послесварочной термической обработки (применяется только для мартенситно-ферритных материалов). ВЫВОДЫ 1. Коррозионностойкие высоколегированные азотистые стали и материалы для их сварки находят все более широкое применение во многих отраслях промышленности во всем мире. 2. Свариваемость современных аустенитных и дуплекс-сталей высокая; различия в технологии сварки незначительны. 3. В России разработан ряд высоколегированных ау-

Мир сварки 2010 №13

стенитных и дуплекс-сталей, легированных азотом, в том числе высокопрочных немагнитных сталей, а также материалов для их сварки. Работа, результаты которой изложены в настоящей статье, проводилась за счет средств федерального бюджета при финансовой поддержке Федерального агентства по науке и инновациям в рамках выполнения государственного контракта от 20.08.09 №02.513.12.3075.

ЛИТЕРАТУРА 1. Под ред. акад. РАН Горынина И.В. По пути созидания, ч.II. Сборник исторических очерков о научном вкладе института в развитие отечественной промышленности. - СПб: «ЦНИИ КМ «Прометей», 2009. – 239 с. 2. Королев M.Л. Азот как легирующий элемент стали. М.: Металлургиздат, 1961. - 163 с. 3. Браун М.П. Влияние легирующих элементов на свойства стали. - Киев: Гос.изд-во технической литературы УССР, 1962. – 192 с. 4. Информационный бюллетень Sandvik “Welding practice for the Sandvik duplex stsnless steels SAF 2304, SAF 2205 and SAF 2507”.


СВАРОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

23

НОВЫЕ ЭЛЕКТРОДЫ ДЛЯ СВАРКИ МОСТОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ Электроды марки УОНИ-13/55КСМ производства ООО «Северсталь-метиз: сварочные материалы» успешно прошли аттестацию Национального Агентства Контроля и Сварки (НАКС) для конструкций стальных мостов (КСМ). Федотов А.С., менеджер по техническому продвижению и НВП, ООО «Северсталь-метиз: сварочные материалы» В целях повышения надёжности стальных конструкций мостов в 2008 году в Российской Федерации были введены стандарты, ужесточившие требования к качеству сварных соединений. Данные изменения нашли отражение в подходах к сертификации продукции со стороны НАКС, утверждена новая группа технических устройств – КСМ. Если ранее значения ударной вязкости наплавленного металла определялись при -40°С, то для группы КСМ испытания нужно проводить при -60°С. Также были повышены нормативные требования к пределу прочности сварного шва – с 490 до 530 МПа. ООО «Северсталь-метиз: сварочные материалы» со сложной задачей разработки продукта, отвечающего жестким требованиям, справилось весьма успешно. На базе электродов УОНИ-13/55 с основным видом покрытия специально для КСМ технические специалисты компании разработали электроды УОНИ-13/55КСМ. Для оценки соответствия был проведён аудит технологического процесса производства УОНИ-13/55КСМ, по результатам которого новый СТО был одобрен научно-исследовательским центром «Мосты» (филиал ОАО «НИИ транспортного строительства»). Завершающим и ключевым этапом разработки нового продукта стала его аттестация в НАКС по группе КСМ. Результаты испытаний, представленные в таблице 1, показывают, что электроды УОНИ-13/55КСМ производства «Северсталь-метиз: сварочные материалы» не просто соответствуют

Механические свойства

требованиям НТД, но и значительно превосходят их. Более того, электроды УОНИ-13/55КСМ обладают уникальным свойством – самоотделением шлаковой корки, что позволяет значительно сократить время на зачистку сварных швов и повысить эффективность сварочного процесса. Новые электроды УОНИ-13/55КСМ включены в реестр КСМ и признаны соответствующими марке электродов УОНИИ-13/55, указанной в СТО-ГК «Трансстрой»-005-2007 и СТО-ГК «Трансстрой»-012-2007. Это позволило компании «Северсталь-метиз: сварочные материалы» расширить ассортиментное предложение для строителей мостовых конструкций, в котором теперь помимо специализированной сварочной проволоки, аттестованной ранее, представлены и специализированные электроды. По вопросам приобретения продукции обращайтесь в ООО «Северсталь-метиз: сварочные материалы» по телефонам групп продаж в Орле +7(4862) 39-16-31 и Череповце +7(8202)53-82-10. За консультациями по техническим вопросам обращайтесь в службу технической поддержки продаж по телефону: +7(8202) 53-82-18. Ознакомиться с полным ассортиментом продукции вы сможете в электронном каталоге на сайте www.severstalmetiz.com («Сварочные материалы»).

Требования стандарта (НТД)

Результаты испытаний

Временное сопротивление разрыву, МПа

min 530

541 - 552

Предел текучести, МПа

min 390

419 - 428

min 16

26 - 29

Контролируемый параметр

Относительное удлинение, % наплавленный металл

сварное соединение

Ударная вязкость KCU+20, Дж/см2

ось шва

Ударная вязкость KCU-60, Дж/см2

ось шва

линия сплавления линия сплавления

min 29 min 29

249 - 254 218 - 235 102 - 112 70 - 88

Твердость, HB

max 350

149 - 184

Временное сопротивление разрыву, МПа

min 530

540 - 551

Угол изгиба сварного соединения, град

min 120

>120


24

СВАРОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Мир сварки 2010 №13

ООО «ИЖОРСКИЕ СВАРОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ» ПРЕДЛАГАЕТ СВАРОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ СВАРОЧНЫЕ ЭЛЕКТРОДЫ Для сварки конструкций из углекислых, легированных и высоколегированных сталей, работающих в различных средах при температуре эксплуатации от -50 до + 3500 С, а также для сварки меди, никеля и их сплавов, чугуна для резки металлов и для наплавки износостойких поверхностей.

ПЛАВЛЕНЫЕ ФЛЮСЫ Предназначены для полуавтоматической, автоматической, электрошлаковой сварки и наплавки конструкций из сталей различных марок. В настоящее время ООО «Ижорские сварочные материалы» изготавливает более 70 марок электродов и 30 марок плавленых флюсов. Все сварочные материалы имеют сертификаты соответствия ГОССТАНДАРТА РФ. Электроды марок УОНИИ 13/55, АНО-4С, ЭА-400/10У, ЭА395/9, 48ХН-2, имеют свидетельство морского регистра судоходства, сертификат речного регистра об одобрении сварочных материалов. Отдельные марки электродов и флюсов аттестованы НАКС в соответствии с требованиями РД 03-613-3.

На все материалы электродов и флюсов имеется лицензия Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору на изготовление оборудования для атомных станций, санитарно-эпидемиологическое заключение. Высокое качество сварочных материалов позволяет в течение более 50 лет использовать нашу продукцию при изготовлении оборудования АЭС, производстве нефтехимического оборудования, оборудования тяжелого и транспортного машиностроения.

196651, г. Санкт-Петербург, Колпино, пр. Ленина, д.1 Mail: dikarev@ism92.ru, тел./факс (812) 322-88-57, 322-83-09


СВАРОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

25

ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФЛЮСА МАРКИ 48 КФ-16 С ПОНИЖЕННЫМ СОДЕРЖАНИЕМ ВРЕДНЫХ ПРИМЕСЕЙ

В.В. Дикарев, И.М. Лившиц, И.П.Романов ООО «Ижорские сварочные материалы» (Санкт-Петербург)

Важнейшим резервом повышения надежности сварных конструкций атомных энергетических установок является использование сварочных материалов повышенной чистоты. Перед ООО «ИСМ» была поставлена задача изготовления флюса марки 48 КФ-16 с минимальным содержанием серы и фосфора, обеспечивающего хорошие сварочно-технологические свойства и механические характеристики. Основными источниками загрязнения флюса 48 КФ-16 серой и фосфором являются плавиково-шпатовый концентрат и двуокись титана. Для определения влияния этих материалов на химический состав флюса были изготовлены две плавки флюса с использованием различных марок этих компонентов и проведены их испытания в двух лабораториях. Плавка № 1 изготовлена с использованием плавиковошпатового концентрата марки ФФС-95 и двуокиси титана марки РО2. Плавка № 2 изготовлена с использованием плавиковошпатового концентрата марки ФКС-95 и двуокиси титана марки ТСМ. Химический анализ выполнялся в химико-спектральных лабораториях предприятий: - ЗАО «Ижорский трубный завод» (ИТЗ) - научно-исследовательский центр ООО «ТК ОМЗ-Ижора» (НИЦ). Результаты испытаний приведены в табл. 2. На основании полученных результатов в качестве базового состава была выбрана плавка № 1, которая обеспечила положительные результаты по сварочно-технологическим Номер плавки партии

Химический состав флюса Место анализа

2 3

Массовая доля соединений и элементов, % SiO2

MnO

CaF2

TiO2

CaO FeO Не более

35,0–45,0

18,0–30,0

5,0

1,0

S

P 0,050 0,012* 0,050 0,031

Сварочнотехнологические свойства

ИТЗ

19,30

12,90

31,60

21,70

10,00

0,34

0,040 0,015* 0,024

НИЦ

18,78

13,40

30,94

22,55

11,00

0,35

0,025

ИТЗ

17,70

12,60

36,90

21,60

7,50

0,43

0,024

0,043

НИЦ

17,33

12,98

33,69

22,80

10,83

0,41

0,016

0,027

Неудовл.

ИТЗ

19,50

12,90

35,00

21,80

7,40

0,26

0,022

0,031

Удовлетв.

Требования НД 1

свойствам. После корректировки состава флюса была изготовлена серия плавок (партия № 3). При этом полный химический анализ флюса выполнялся только в одной лаборатории (ИТЗ), и дублировалось определение содержания серы и фосфора во второй (НИЦ). Это связано с тем, что результаты определения химического состава флюса, полученные в этих лабораториях практически совпадают. Расхождения были только по содержанию серы и фосфора. Химический состав партии № 3 по содержанию серы и фосфора полностью соответствует требованиям, предъявляемым к флюсу марки 48 КФ-16, а по содержанию серы (данные НИЦ) соответствует и флюсу марки 48 КФ-16А. С целью дальнейшего снижения содержания серы и фосфора и улучшения сварочно-технологических свойств флюса были выплавлены новые три плавки флюса: - плавка № 6 и 7 с использованием плавиково-шпатового концентрата ФФС-95, рутилового концентрата вместо двуокиси титана и с добавкой мрамора; -плавка № 8 - по рецепту плавок 6 и 7 с добавкой железорудных окатышей.Результаты испытаний приведены в табл. 3. Была проверена возможность снижения содержания серы и фосфора во флюсе за счет его прокалки при температуре 7800С. Испытания флюса показали, что прокалка при данной температуре никак не влияет на содержание вредных примесей Дальнейшее повышение температуры прокалки нецелесообразно. Анализ результатов испытаний показал, что наиболее благоприятные значения содержания вредных примесей были

17,0–22,0 10,0–20,0

Таблица 1. Результаты испытаний плавок №№ 1, 2 и 3 флюса 48 К-16 * Значения, предусмотренные для флюса марки 48 КФ-16А

Удовлетв.


26

СВАРОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Мир сварки 2010 №13

Химический состав флюса Номер плавки партии

Место анализа

Требования НД 6

Массовая доля соединений и элементов, % SiO2

MnO

CaF2

CaO

TiO2

17,0–22,0 10,0–20,0 35,0 –45,0 18,0–30,0

5,0

ИТЗ

21,30

11,60

27,30

20,40

15,70

НИЦ

-

-

-

-

-

FeO S P Не более 0,040 0,050 1,0 (0,015) (0,012) 0,28 0,050 0,006 -

Плавка № 6 после прокалки при температуры 780 С 0

7

ИТЗ

20,05

11,80

27,80

21,70

15,30

НИЦ

-

-

-

-

-

0,29

Плавка № 7 после прокалки при температуре 7800 С ИТЗ 8

20,30

11,30

31,10

21,00

12,80

1,50

НИЦ

Плавка № 8 после прокалки при температуре 780 С

0,022

0,007 Удовлетворит.

0,030

0,007 -

0,018

0,013

0,015

0,011

0,024

0,014 -

0,006

0,022

0,009

0,014 Неудовл.

0,012

0

Сварочнотехнологические свойства

Удовлетворит.

0,023

Таблица 2. Результаты испытаний плавок №№ 6, 7 и 8 флюса 48 КФ-16А

получены на плавке № 8. Однако эта плавка показала неудовлетворительные сварочно-технологические свойства (плохое формирование металла шва, плохая отделимость шлаковой корки). Плавки №№ 6 и 7 хоть и получили положительное заключение, однако уступают по сварочно-технологическим свойствам партии № 3. В дальнейшем были выплавлены еще 4 плавки и проверено влияние насыпной плотности флюса на сварочно-технологические свойства. В соответствии с нормативными документами насыпная плотность флюса 48 КФ-16 и 48 КФ-16А должны быть в пределах 1,3 – 1,9 г/см3. Были изготовлены три плавки флюса и проведены их испытания, результаты которых приведены в табл. № 4. На основании анализа всех результатов испытаний был выбран вариант, соответствующий плавке № 11, и изготовлена серийная партия № 233 флюса 48 КФ-16. Химический состав флюса приведен в табл. 5, химический состав проволоки и металла шва, выполненного проволокой марки Св.04Х2МА ф 4 мм пл. 33857 под флюсом марки 48 КФ-16 приведен в таблице 6, механические свойства металла шва — в табл. 7. Полученные результаты испытаний позволяют сделать следующие выводы:

1. Для изготовления флюсов повышенной чистоты, в том числе и флюса марки 48 КФ-16А, необходимо использовать только шихтовые материалы с минимальным содержанием фосфора. Особенно это касается плавиково-шпатового концентрата (кускового или в виде порошка), где содержание фосфора должно быть не более 0,010 %. 2. Добиться низкого содержания серы во флюсе и наплавленном металле легче, чем низкого содержания фосфора, так как в процессе выплавки и сварки сера окисляется, и ее содержание уменьшается. Уменьшить содержание фосфора как в самом флюсе, так и в металле шва практически невозможно. 3. Для обеспечения пониженного содержания фосфора в металле шва применение чистого флюса является необходимым, но не достаточным условием, так как содержание фосфора в металле шва главным образом определяется его содержанием в сварочной проволоке. 4. Применение серийной сварочной проволоки марки Св.04Х2МА по ГОСТ 2246-70 в сочетании с флюсом марки 48 КФ-16 (с пониженным содержанием серы и фосфора) обеспечивает получение требуемых механических свойств металла шва.

Номер плавки

Состав флюса

Насыпная плотность, г/см3

Сварочно- технологические свойства

9

Плавиково-шпатовый концентрат ФФС-95, рутиловый концентрат

1,77

Неудовлетворительные Отделимость шлака плохая, побитость металла отсутствует

10

Плавиково-шпатовый концентрат ФФС-95, рутиловый концентрат, мрамор

0,87

Неудовлетворительные Отделимость шлака хорошая, имеется побитость металла, поры

12 11

Плавиково-шпатовый концентрат ФК-95, рутиловый концентрат По рецепту партии № 9

1,37 1,57

Таблица 3. Испытания плавок №№ 9,10 и 11 флюса 48 КФ-16

Неудовлетворительные Удовлетворительные


27


28

ТЕХНОЛОГИИ СВАРКИ

Мир сварки 2010 №13

СОСТОЯНИЕ И ТЕНДЕНЦИИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ

В.Б. Вихман (к.т.н), А.Н. Козлов (к.т.н), ФГУП ЦНИИМ, г. Санкт-Петербург

Электронно-лучевая сварка (ЭЛС) относится к методам сварки высококонцентрированными источниками энергии и обладает широкими технологическими возможностями, позволяя соединять за один проход металлы и сплавы толщиной от 0,1 мм до 400 мм. ЭЛС в вакуумных камерах выполняется преимущественно при давлении остаточных газов порядка 10 -2 Па. Благодаря этому ЭЛС оказалась эффективной для соединения деталей из любых металлических материалов, особенно из сплавов на основе химически активных металлов, таких как алюминий, титан и тугоплавкие элементы. При этом обеспечиваются максимальная пластичность и вязкость сварных соединений. Согласно маркетинговому исследованию среди всех способов сварки плавлением объем применения ЭЛС в мире составляет 5 %. Она используется в 30 странах мира в основных отраслях промышленности. До 30% установок действует в Европе и около 50% – в США. В Российской Федерации около 60 предприятий используют электронно-лучевую сварку при производстве изделий машиностроения [1]. B 2000 г. количество изготовленных электронно-лучевых установок в мире достигло 7000 [3], а в настоящее время составляет не менее 8000, в том числе в странах СНГ– примерно 7…8 % от этого количества. Только завод «Электромеханика» (г. Ржев) с начала 60-х годов прошлого века произвел 450 таких установок [4]. Физические принципы ЭЛС ЭЛС основана на использовании кинетической энергии электронов, движущихся с большой скоростью в вакууме. Пучок электронов, эмитированный раскаленным катодом, ускоряется в вакууме напряжением (Uуск) до 100 кВ и более. При изменении Uуск от 30 до 200 кВ скорость электронов изменяется от 0,33 до 0,67 скорости света. Кинетическая энергия электронов при торможении внутри металла (анода) вблизи его поверхности превращается в тепловую. Материал испаряется, образуется новая поверхность, которая также испаряется и т.д. В течение нескольких микросекунд на всю толщину свариваемого материала образуется паровой канал, окруженный ванной расплавленного металла. При перемещении луча относительно стыка происходит плавление свариваемых кромок перед каналом. Расплавленный металл растекается вокруг канала и затвердевает позади него. На действие луча не влияет оптическое отражение от поверхности или плазма, и практически вся его энергия перено-

сится на обрабатываемый объект, что очень важно в период стремительного роста цен на энергоносители. Этот процесс характеризуется высоким КПД, достигающим 90% (не менее 50% от общих энергозатрат на работу всех систем установки). В то же время КПД лазерных установок не превышает 30% (5% - у СО2 –лазеров, 30% - у диодных лазеров). Источник нагрева в виде пучка электронов сосредоточен на малом пятне диаметром в десятые и даже сотые доли миллиметра. При мощности пучка в десятки киловатт плотность энергии в нем превышает плотность энергии электрической сварочной дуги на два - пять порядков (от105 до 109 Вт/см2). Такая концентрация энергии, достигаемая при специальной фокусировке пучка в сварочных электронных пушках, делает возможным сварку с недостижимым для электродуговых методов отношением глубины к ширине проплавления (до 50:1). Погонная энергия при ЭЛС не превышает 20% от аналогичного показателя при дуговой сварке. Узкий шов, параллельность его границ и малая протяженность ЗТВ обусловливают незначительные линейные и угловые деформации свариваемых изделий. Практически отсутствие коробления является выдающимся критерием ЭЛС. Это позволяет применять более простые сборочно-сварочные приспособления, не требует больших усилий зажатия соединяемых деталей, а также последующей механической обработки. Электронный луч (ЭЛ) является практически безинерционным источником тепловой энергии. Возможность тонкой регулировки мощности, фокусировки и положения луча на поверхности изделия позволяет широко использовать системы управления лучом и программирования режимов сварки. Сварку можно вести отдельными импульсами с различной скважностью, а также сканируя луч вдоль и (или) поперек

а) 150 kV б) 60 kV Рис. 1. Поперечное сечение шва на стали 1.4571 при различных величинах ускоряющего напряжения [5-Шульце].


ТЕХНОЛОГИИ СВАРКИ

Рис. 2. Многолучевая сварка: 5 дорожек одновременно (слева), непараллельные швы (в середине), бесповодочная сварка деталей, симметричных относительно оси вращения (справа) [3] стыка, что позволяет сваривать с наименьшими производственными затратами крупные серии однотипных деталей. Первым вопросом при выборе или конструировании установки является величина высокого напряжения. Требуется ли для сварки данной детали установка с напряжением 120 или 150 киловольт или гораздо более дешёвая - с рабочим напряжением 60 кВ. Для огромного большинства случаев напряжение в 60 кВ и мощность порядка 20 кВт вполне достаточны. Лишь необходимость получения глубоких узких швов с минимальными сварочными деформациями (рисунок 1-а) требует применения напряжений до 150 кВ [5]. При постоянной мощности глубина проплавления практически пропорциональна величине Uуск . Типы установок Объем вакуумных камер обычно составляет от 0,1… 3 м3 до 10 и 20 м3. В большинстве случаев деталь перемещается внутри вакуумной камеры (при объеме до 10 м3), прочно

Рис. 3. Схема многофокусной сварки. Изменение положения фокуса достигается скачкообразно или непрерывно.

29

связанной с пушкой, расположенной вертикально или горизонтально. Имеются также установки с мобильными пушками, располагающимися над или внутри (при объеме 20 м3 и более) вакуумной камеры. В последнем случае пушки будут перемещаться по трем взаимно перпендикулярным направлениям. Камерные машины были единственным типом установок в начальные годы развития ЭЛС. Оснащенные одним координатным столом и вращателем благодаря несложности конструкции они используются еще и в настоящее время. Все операции (от загрузки до выгрузки деталей) на этих установках выполняются последовательно, так что общее время цикла является очень продолжительным (от многих минут до часа). Преимущество камерных установок состоит в их гибкости. В них могут свариваться, сменяясь, любые детали. Многопозиционные устройства, такие как палеты (транспортные контейнеры) и многошпиндельные вращатели, при сварке мелких деталей существенно уменьшают подготовительно-заключительное время на каждую деталь. Хорошей производительностью отличаются двухкамерные машины, у которых пушка сдвигается параллельно от одной к другой рядом расположенной камере, или луч отклоняется к камере, которая в данный момент готова к сварке, в то время как в другой камере меняется деталь. Максимальная производительность этих машин достигается в том случае, если время сварки больше, чем при смене деталей и откачке камеры. При этом вспомогательное время у версии со сгибающимся лучом равно нулю, т.к. не требуется перемещения пушки. Дальнейшее развитие машин основывается на принципе шлюзования. Эти машины состоят из трех участков: одна позиция для загрузки и выгрузки деталей, шлюзовая камера для откачки и напуска воздуха и сварочная камера. В установках с двумя шлюзовыми камерами носители деталей проводятся через шлюзовую камеру из загрузочной части один за другим, транспортировка подлежащих сварке и уже сваренных деталей (через вторую шлюзовую камеру на позицию выгрузки) осуществится трансфер-машиной одновременно в одном направлении. Трансфер-машина производит по одной сварочной остановке перед и после переключения шлюзовых камер. В сравнении со сварочной шлюзовые камеры существенно меньше, и могут откачиваться быстрее. Подготовительное время для перемещения детали обычно составляет около 10 с. Время такта у шлюзовых машин не зависит от климатических условий. Сварочная камера остается перманентно эвакуированной. Это уменьшает ее загрязнение и затраты на откачку. При малой серийности производства программирование позволяет обрабатывать различные детали вперемешку. Машина для сварки ЭЛ в атмосфере, называемая также безвакуумной установкой, состоит из пушки с хоботообразной ступенью системы, работающей вне вакуума, благодаря которой луч выводится в атмосферу, и агрегата перемеще-


30

ТЕХНОЛОГИИ СВАРКИ

Рис. 4. Многолучевая техника: предварительный подогрев, сварка и разглаживание шва в одной технологической операции [3] ния детали, например робота. Из-за сильного расхождения луча в окружающем воздухе «мягкий» луч большой ширины применим только на расстоянии от 10 до 20 мм от выхода из сопла и позволяет достичь высокую скорость сварки, например до 60 м/мин. для алюминия толщиной 1 мм или 20 м/мин. при толщине стали 1 мм. Дистанция между соплом и деталью должна выдерживаться с большой точностью. В этих установках ускоряющее напряжение составляет от 150 до 200 кВ. Дальность действия луча поддерживается благодаря введению гелия с очень малым сечением захвата, который одновременно применяется как защитный газ. Из-за жесткого рентгеновского излучения, возникающего при по-

Рис. 5. Многолучевая сварка: напряжения сжатия уменьшают склонность суперсплавов к горячим трещинам [3]

Мир сварки 2010 №13

падании электронов на деталь, установка должна находиться в помещении, не пропускающем излучения [3]. Многолучевая и многофокусная сварка Дальнейшие приоритетные перспективы развития ЭЛС связаны с процессами многолучевой и многофокусной сварки, суть которой изложена в работе [3]. Если луч скачкообразно перемещается между двумя позициями, то на отрезке между двумя поворотными точками он не оставляет позади себя след от плавления, в то время как в зависимости от времени остановки и мощности луча в точках возврата достигается определенная глубина проплавления. Если деталь под лучом перемещается с постоянной скоростью поперек направления отклонения, то одновременно возникают два шва, сваренные в пульсирующем режиме при соотношении импульсов 1:1. Если программируется большее количество позиций остановок, то одновременно возникает большее количество сварных швов (рисунок 2 - слева). Мощность луча должна быть согласована со скоростью перемещения детали. Частота отклонений должна выбираться с таким расчетом, чтобы луч возвращался в сварочную позицию, прежде чем паровой канал, требуемый для эффекта глубокого проплавления, закрылся, т.е. затвердел. Многолучевая сварка пригодна для средних толщин и умеренной скорости подачи. Следует иметь в виду, что сварные швы благодаря быстрым пульсациям будут особенно узкими. Благодаря управлению амплитудой отклонения луча могут одновременно выполняться также непараллельные швы (рисунок 2 - середина). Многолучевой процесс прежде всего должен в несколько раз повысить производительность ЭЛС. Многофокусная сварка с изменяемым фокусным расстоянием (рисунок 3) при непрерывно выполняемой осцилляции приводит к улучшенной форме шва и улучшенному удалению газов из расплава. При быстром прыжке луча можно одновременно выполнить глубокий шов с фокусом в детали и его разглаживание с фокусом выше поверхности деталей. Мощность луча должна синхронно соответствовать положению его фокуса. Также с помощью многофокусной техники можно получать хорошо сформированный корневой валик. Комбинированные способы В комбинации многолучевой и многофокусной сварки один дефокусированный луч высокой мощности, сканируя, создает подогревающее поле. Затем луч с уменьшенной мощностью, например, сфокусированный на поверхности детали, направляется в сварочную позицию и выполняет сварной шов. Наконец, третий луч, отличающийся положением фокуса и мощностью, сглаживает шов в течение одной операции (рисунок 4). Один из особенных вариантов этой техники используется при сварке никелевых сплавов, склонных к горячим трещинам. Для того чтобы подавить образование горячих трещин, необходимо сопутствующее поле подогрева с обеих сторон (позади) шва построить так, чтобы уменьшить


31

ТЕХНОЛОГИИ СВАРКИ

скорость охлаждения и выстроить напряжения сжатия в медленно остывающей зоне плавления (рисунок 5). Этот способ применим для суперсплавов новейших газовых турбин, которые при малой массе должны быть устойчивы к действию высокой температуры, суперсплавов к горячим трещинам [3]. Многолучевая техника может успешно применяться при соединении разнородных материалов, например, бронзового венца червячного колеса со ступицей из чугуна или стали, чтобы уменьшить стоимость колеса, а также при сварке других композиций, например меди с вольфрамом или стали с алюминием через медную прокладку. Экономические аспекты применения ЭЛС Наряду с удовлетворительным техническим решением стоящей сварочной задачи решающую роль играет экономичность. Она определяется из комплексного рассмотрения многих отдельных затрат на развитие, конструирование, способы испытания, потребность в обучении персонала, материал, загрузку машины, потребность в площадях, предварительные и заключительные операции и другие затраты на приобретение, транспорт и общие затраты. В таблице 1 приведены показатели ЭЛС для крупносерийного производства нескольких сварных деталей . Литература 1. А.А. Кайдалов, В.А. Гейкин, И.Л. Поболь, В.К. Драгунов, Ю.В. Бутенко. Электронно-лучевая сварка и смежные процессы в промышленности СНГ. Сборник докладов Первой Санкт-

Петербургской международной научно-технической конференции «Технологии и оборудование электронно-лучевой сварки» - Спб.: ООО «Агентство «ВиТ-Принт», 2008, с. 22 - 32 2. Ю.Ф. Юрченко. III Международный коллоквиум по электронно-лучевой сварке, резке и наплавке. - Сварочное производство, № 7, 1984. 3. D. von Dobeneck., T. Lower, V. Adam. Elektronenstralschweissen. Das Verfahren und seine industriele Anwendung fuhr hochste Produktivitat. Мoderne Industrie, Germany, 2001. 4. Ю.А. Соколов. Новые возможности старого оборудования (на примере установки ЭЛУ 20). Сборник докладов Первой СанктПетербургской международной научно-технической конференции «Технологии и оборудование электронно-лучевой сварки» - Спб.: ООО «Агентство «ВиТ-Принт», 2008, с. 198 – 206. 5. К.Р. Шульце. Применение полностью автоматизированных установок электронно-лучевой сварки (ЭЛС) в автомобильной промышленности и других отраслях машиностроения. Там же, с. 145 -156. 6. А.Н. Козлов, И.С. Гайдукова, А.М. Филачев. Специализированная установка электронно-лучевой сварки вакуумных корпусов МФПУ. Там же, с. 176 -182. 7. Многопозиционная установка с шлюзовой камерой и поворотным столом с делительной головкой для электронно-лучевой сварки деталей коробки передач. Информация фирмы «Pro beam» - Сварка и резка, DVS, Германия, 2010, № 1, с . 49 – 55.

Таблица 1. Калькуляция затрат (по данным на 2000 г.)

Виды затрат

Машины тактового типа 3КВт, 60 КВ, глубина проплавления 6 мм,управление: SPS,средний вакуум

Инвестиционные затраты в 1000 ДМ (1 ДМ = 0,5 €) Эксплуатационные расходы в 1000 ДМ Амортизация 6/3 года Расход электроэнергии 7/15/35 КВт

Шлюзовые машины 10 КВт, 150 КВ,глубина проплавления 10 мм, управление: СNC, глубокий вакуум

1000

Машины с выводом луча в атмосферу, 30 КВт, 150КВ, без робота, атмосфера

1700

1500

1-сменная 167 3

3- сменная 333 6

1-сменная 283 6

3- сменная 567 12

1-сменная 250 12

3- сменная 500 24

Площадь по 200 ДМ/год за 100 м2 Сумма производств. расходов / год

20 251

20 405

20 413

20 679

20 407

20 724

Затраты за труд в 1000 ДМ 1,5 человеко-года 6,0 человеко-лет

150 -

600

150 -

600

150 -

600

Накладные расходы в 1000 ДМ 50/30 %

200

301

281

384

278

397

Сумма производств. расходов / год в 1000 ДМ

601

1306

844

1663

835

1721

Производств. расходы в ДМ/час 1-сменная: 1600 час/год ·0,8=1280 час/год 3-сменная: 6000 час/год·0,9=5400 час/год

470 -

242

659 -

308

652 -

319

Цена за штуку в ДМ Зубчатое колесо переключения передач 40/15/15 сек Электрический контакт 8/6/- сек. Носитель арматуры -/60/40 сек.

5,22 1,04 -

2,69 0,54 -

2,75 1,10 10,98

1,28 0,51 5,13

2,72 7,25

1,33 3,54


32

Мир сварки 2010 №13

ТЕХНОЛОГИИ СВАРКИ

НОВАЯ ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ КОМБИНИРОВАННОЙ СВАРКИ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ БОЛЬШОГО ДИАМЕТРА

Академик АТН РФ В.И. Хоменко, Журавлев С.И., Сударкин А.Я. ( ЗАО «Псковэлектросвар» РФ, г. Псков) Академик НАН Украины С.И. Кучук–Яценко, Б.И. Казымов, М.Ф. Коваленко. (Инcтитут электросварки им. Е.О. Патона, Украина, Киев)

При строительстве трубопроводов сварка кольцевых неповоротных стыков труб является одной из основных технологических операций. Эту операцию выполняют различными методами. Технология сварки каждого из применяемых методов имеет свои особенности, которые делают их привлекательными для применения на том или ином объекте в зависимости от конкретных условий строительных работ. Вместе с тем совершенствование известных и создание новых, более универсальных технологий сварки является важной задачей в строительстве трубопроводного транспорта. Актуальность этих работ возрастает в связи с намечаемым строительством мощных трубопроводов с большим рабочим давлением, у которых толщина стенки труб при использовании больших диаметров увеличивается до 30мм и более. При этом существенно повышаются требования к их эксплуатационной надёжности. При таких условиях строительства повысить эффективность сварочных работ можно только за счёт применения высокопроизводительных автоматических методов сварки, обеспечивающих высокое качество сварных соединений. Поэтому на первый план выходит необходимость создания высокоэффективной технологии автоматической сварки неповоротных стыков магистральных трубопроводов большого диаметра с повышенной толщиной стенки труб для транспортировки газа и нефти, отличающейся высоким качеством сварных соединений. Анализ различных сторон известных автоматических методов сварки труб позволил определить направление поисковых работ для решения поставленной задачи. При этом наиболее оптимальным оказался комбинированный метод сварки, включающий прессовые методы сварки и дуговые. В результате рекомендуется новый метод автоматической сварки труб. Он состоит из двух широко апробированных на практике методов сварки: контактной сварки оплавлением (КСО) и электродуговой сварки порошковой проволокой с принудительным формированием шва (ЭДСПП). В результате совмещения этих методов сварки был достигнут положительный эффект, который для каждого из этих

методов в отдельности решался с определёнными трудностями. Как будет показано ниже, это позволило повысить качество сварных соединений труб и производительность сварочных работ. На рис.3 показан макрошлиф сварного соединения труб, выполненного предлагаемым методом. При ЭДСПП основная трудность заключается в получении стабильного качества соединений из-за сложности сварки корневого шва. Для повышения качества корневого шва приходится применять сложные технические устройства в виде внутритрубного центратора с подкладным кольцом, внутритрубных сварочных машин с программно изменяемыми параметрами сварки в зависимости от пространственного положения шва, а также другие средства, которые не всегда обеспечивают положительный результат. Поэтому при реализации различных технологий сварки корневого шва ЭДСПП повышается процент брака, который приводит к увеличению материальных затрат на ремонт стыков и снижает не только производительность работ, но и эксплуатационную надёжность трубопроводов. Поэтому для решения проблемы сварки корневого шва нужны были новые технические идеи. Целесообразность применения КСО для сварки корневого шва труб обусловлена физической особенностью данного метода. При этом методе условия получения качественного соединения на любом участке стыка идентичны и не зависят от его пространственного расположения. При этом методе не требуются формирующие устройства. Функцию центратора свариваемых кромок труб выполняет сама сварочная машина. В процессе сварки каждого стыка осуществляется компьютеризированный контроль параметров режима сварки, по результатам которого оценивается качество сварного соединения. Этот метод оценки качества даёт практически 100-процентную достоверность. Такое положение подтверждено всесторонними исследованиями и многолетней практикой сварки труб различного диаметра, а также других изделий. Основу этого метода контроля при КСО составляет прямая корреляция появления определённого вида дефектов сварки от уровня отклонения ве-


ТЕХНОЛОГИИ СВАРКИ

Рис. 1. Разделка кромок под РЭДС

Рис. 2. Принципиальная схема разделки кромок для комбинированного метода сварки ĥ- толщина корневого шва; L- длина участка кромок корневого шва до сварки Lк - длина корневого шва после сварки; ά - угол наклона кромок личин основных параметров режима от заданных значений, которые определяются при отработке оптимального режима сварки. Промышленная практика подтверждает высокую эксплуатационную надёжность сварных соединений, выполненных КСО. Этим методом сварено более 70 тыс. км различных трубопроводов, которые безаварийно эксплуатируются в течение нескольких десятилетий в различных климатических условиях, в том числе мощные газопроводы диаметром 1420мм в арктических районах Западной Сибири. При этом ни один стык не подвергался термообработке. При КСО трудность заключается в том, что в соответствии с некоторыми нормативными документами, при сварке труб большого диаметра с температурой эксплуатации минус 200С рекомендуется производить дополнительную технологическую операцию – локальную термообработку сварного стыка с целью повышения показателей ударной вязкости. Эти показатели приравнивают к требуемому уровню соединений, сваренных ЭДС (сварные соединения, независимо от метода сварки, имеют более низкую ударную вязкость по сравнению с основным металлом). Как показали исследования, заполнение разделки кромок ЭДСПП после сварки корневого шва КСО позволяет отказаться от вышеуказанной рекомендации и повысить показатели ударной вязкости металла стыка КСО за счёт воздействия на него термического цикла ЭДСПП. При этом, принимая во внимание, что для сварки корневого шва методом КСО перед началом сварочных работ необходимо произвести

33

подготовку торцов труб, предусматривающую уменьшение свариваемого сечения, появляется возможность применения КСО для сварки трубопроводов с толщиной стенки 30мм и более (в настоящее время в строительных организациях имеются действующие мощные сварочные машины УСО-400, но они предназначены для сварки труб диаметром- 1420мм, с толщиной стенки до 20мм). Подобная операция по специальной механической обработке торцов труб перед сваркой является обязательной операцией при электродуговых способах сварки в среде защитных газов. Например, она предусмотрена в одной из самых распространенных за рубежом технологий – «СRСЕvans АW». Для этих целей применяется стандартное оборудование–кромкострогательные подвесные агрегаты. Оценка эффективности предложенного метода сварки кольцевых швов проводилась на секторах, вырезанных из труб группы прочности Х60…Х70, диаметром 1420мм, с толщиной стенки 16…20мм. Протяженность секторов по окружности составляла 200…300мм. Ранее выполненными исследованиями установлено, что такая протяженность отдельного элемента труб является минимально допустимой. При такой протяженности секторов условия образования соединений при КСС остаются практически такими же, как при сварке труб полного сечения. Качество сварных соединений оценивалось в соответствии с требованиями нормативных документов ОАО "Газпром" и Российских стандартов, а также исследованиями поверхностей изломов образцов, специально разрушенных по зоне соединения. В качестве неразрушающих методов оценки качества сварки применяли ультразвуковой и рентгеновский контроль. Наиболее эффективным методом контроля предлагаемого метода сварки труб является рентгеновский. Основное требование для его применения – качественное удаление внутреннего грата, который образуется в процессе сварки из выдавленного металла, нагретого до высоких температур, и наплывов расплавленного металла. Количество грата уменьшается пропорционально уменьшению толщины свариваемых сечений. При недостаточном удалении грата на рентгеновских снимках в центре шва может остаться след от раскрытия осаживаемых поверхностей соединяемых металлов. Этот метод позволяет также контролировать качество снятия внутреннего грата. Форма и параметры разделки кромок по предлагаемому методу определяются требованиями КСО и ЭДС. На первом этапе ставилась задача по определению наиболее рациональных размеров выступов, которые выполняют роль корневого шва: толщины – и ширины – l. Величину – h выбирали из расчёта максимально возможного термического воздействия ЭДСПП на структуру металла зоны сварки корневого шва, выполненного КСО. Исследования показали, что при толщинах выступов 8-14мм это условие выполня-


34

Мир сварки 2010 №13

ТЕХНОЛОГИИ СВАРКИ

ется в полной мере. При меньших толщинах корневого шва возрастает опасность его прожога при интенсивном режиме ЭДС. Величина - l определялась исходя из припусков на оплавление и осадку при КСО и заданного расстояния между кромками для качественного выполнения ЭДСПП. Основным требованиям к КСО в данном случае является обеспечение качественных соединений при минимальном припуске на сварку. Это обусловлено минимизацией механической обработки кромок перед сваркой и получением соединений с малым гратом. Последнее является важным фактором не только для отработки технологии удаления грата, но и для выбора режима ЭДСПП. Выбор оптимального режима сварки выполняли на секторах вышеуказанных размеров, торцы которых обрабатывались до толщины 6 - 14мм. Такие размеры корневого шва для указанной толщины являются наиболее рациональными, исходя из технологических соображений. Сварку образцов производили на различных режимах, отличающихся различными как припусками на сварку, так и другими основными параметрами. Исследование качества сварных соединений позволило определить режимы КСО корневого шва различной толщины, обеспечивающие получение качественных соединений при минимальных припусках. Результаты экспериментальных работ показали, что при соответствующих соотношениях основных параметров режима минимальный припуск на сварку будет тем меньше, чем тоньше выступ. Следовательно, в этом случае механическая обработка торцов труб по глубине (ширина выступа по образующей трубы) будет наименьшей. С другой стороны, чем больше толщина выступа под корневой шов, тем меньше обработки торцов по толщине стенки трубы, но при этом увеличивается припуск на сварку, что ведёт к увеличению обработки по глубине торцов. Таким образом, трудоёмкость механической обработки торцов труб применительно к комбинированной сварке при оптимальных соотношениях толщины – h и ширины –l будут практически одинаковыми. Исключением могут быть режимы с увели-

Рис. 3. Стыковая электроконтактная сварка оплавлением и сварка порошковой проволокой ченным припуском на оплавление. Например, это возможно при достаточно большом зазоре между торцами труб на каком-либо локальном участке перед сваркой. Применение в качестве базового варианта при комбинированном методе электродуговой сварки труб порошковой проволокой связан с особенностями КСО. Как уже отмечалось выше, соединения КСО после сварки имеют грат. При сварке промышленных стыков труб по классической технологии КСО грат полностью удаляется как с наружной, так и с внутренней стороны стыка. Если разделку кромок после сварки корневого шва очистить от грата, то ЭДСПП выполняется по обычной технологии, и режим определяется в основном геометрическими размерами оставшейся части разделки кромок. Однако если грат не удаляется, то технология сварки порошковой проволокой изменяется с учётом специфических условий сварки. В этом случае применяется специальная порошковая проволока с повышенными возможностями окислительно-восстановительных процессов, протекающих в расплавленной ванне. В результате тепловых и металлургических процессов, протекающих в сварочной ванне, грат переплавляется, а окислы переходят в шлак, который формируется на поверхности сварного шва. Рентгеновский контроль показал, что и в этом случае в сварном шве отсутствуют недопустимые дефекты.

Таблица 2. Механические свойства сварного соединения Участок сварного соединения

Показатели свойств Предел текучести, МПа

Предел прочности, МПа

Основной металл

564 – 582 578

659 – 670 664

Ударная вязкость, Дж/см2, 200С 108 – 116 112

Участок шва, выполненный порошковой проволокой

552 – 557 554

654 – 660 655

108 – 116 112

Участок шва, выполненный контактной сваркой

567 – 578 572

667 – 670 668

116 – 213 197


ТЕХНОЛОГИИ СВАРКИ

В случае если грат внутри стыка убирается, могут быть использованы и другие методы сварки для заполнения разделки кромок. В этом случае под этот метод готовится соответствующая разделка кромок. Режим ЭДСПП устанавливали из расчёта необходимого воздействия термического цикла на металл корневого шва, выполненного КСО, с учётом наличия грата. При этом особое внимание обращалось на определение факторов, влияющих на формирование сварного соединения. Исследование качества соединений, сваренных на режимах с различными припусками при КСО и различным энерговложением при ЭДСПП, показало, что при наличии грата наиболее критичным фактором является конечная длина корневого шва. Это объясняется тем, что при определённых условиях КСО грат может оказаться зажатым между кромками разделки. По этой причине усложняется процесс ЭДСПП, и в сварном соединении могут появиться непровары. Для того чтобы избежать появления подобных дефектов экспериментальным путём был определен оптимальный размер между кромками у их основания после сварки корневого шва, т. е. была установлена оптимальная конечная длина корнево-

го шва. Режим ЭДС порошковой проволокой, обеспечивающий необходимый объём сварочной ванны и программу его изменения в зависимости от часового положения дуги, выбирали в зависимости от количества грата в разделке кромок после КСО. Особым требованием ЭДСПП является подготовка части разделки кромок перед сваркой. Это связано как с особенностями соединений КСО, так и с техническими требованиями к сварке труб порошковой проволокой. Такая подготовка заключается в удалении с поверхностей корневого шва и кромок крупных наплывов расплавленного металла, которые могут образоваться на отдельных участках в процессе оплавления. В данном случае особенно важным, применительно к имеющемуся сварочному оборудованию, является обработка 1/4 части периметра /диаметра/ свариваемых труб, расположенной в часовом поясе от 3 до 6 часов. Результаты механических испытаний свидетельствуют о положительном влиянии термического цикла ЭДСПП на структуру корневого шва, выполненного КСО. Стандартные ударные образцы корневого шва с острым надрезом

Таблица 2. Циклограмма длительности операций при сварке порошковой проволокой труб диаметром 1420 мм для одного рабочего цикла (шаг колонны) ȼɪɟɦɹ ɨɩɟɪɚɰɢɢ, ɦɢɧ. ɇɚɢɦɟɧɨɜɚɧɢɟ ɨɩɟɪɚɰɢɢ ɪ 1

2

3

4

35

5

6

7

8

9

ɍɫɬɚɧɨɜɤɚ ɚɩɩɚɪɚɬɚ ɧɚ ɫɬɵɤ ɉɨɞɝɨɬɨɜɤɚ ɫɜɚɪɨɱɧɵɯ ɝɨɥɨɜɨɤ ɤ ɪɚɛɨɬɟ ɋɜɚɪɤɚ ɩɨɥɭɤɨɥɶɰɚ ɫ ɨɞɧɨɣ ɫɬɨɪɨɧɵ * ɋɜɚɪɤɚ ɩɨɥɭɤɨɥɶɰɚ ɫ ɡɚɦɵɤɚɧɢɟɦ ɫɬɵɤɚ ɫ ɞɪɭɝɨɣ ɫɬɨɪɨɧɵ * ɉɟɪɟɜɨɞ ɚɩɩɚɪɚɬɚ ɜ ɬɪɚɧɫɩɨɪɬɧɨɟ ɫɨɫɬɨɹɧɢɟ ** ɋɧɹɬɢɟ ɚɩɩɚɪɚɬɚ ɢ ɩɟɪɟɟɡɞ ɤ ɫɥɟɞɭɸɳɟɦɭ ɫɬɵɤɭ

* В операциях сварки включены технологические зачистки металла и удаления шлака. ** В операцию включена смена кассет с проволокой и чистка мундштуков. Число работающих в бригаде (всего) 7-13-17 (для 1, 2 и 3 агрегатного комплекса) Число сварщиков-операторов 2-4-6 (по 2 на агрегат) Вспомогательный персонал 2-4-6 Инженерный персонал 1+1 (бригадир, энергетик) Машинисты агрегатов 1-2-3

10

11

12


36

Мир сварки 2010 №13

ТЕХНОЛОГИИ СВАРКИ

1

4

2

4

4

3

4

3

4

Рис. 4 Схема организации работ на трассе 1 – станок для обработки торцев 2 – сварочная машина КСС 3 – сварочная палатка для ЭДСПП 4 – свариваемые трубы

из комбинированных соединений, показали ударную вязкость в среднем 197,4 Дж/см2 при +200 С. Стыки, сваренные классическим методом КСО, после сварки при такой же температуре имеют обычно 40…50 Дж/см2. Ударная вязкость шва, выполненного ЭДСПП при такой же температуре, находится в пределах 108,6…115,9 Дж/см2 /КСVсред.=112,3 Дж/см2/. Эти показатели зависят от химического состава проволоки и могут быть повышены за счёт соответствующего её легирования. Прочностные свойства соединений на плоских образцах сечением х2, где – толщина стенки свариваемых труб, а также круглых, диаметром 6мм, вырезанных из участков корневого и дугового швов, имеют прочность в пределах от уровня нормативных требований к категории прочности свариваемых труб до действительной прочности металла труб в зависимости от уровня термомеханического упрочнения металла труб в процессе прокатки. Угол загиба образцов, вырезанных из сварного соединения, составляет 1800. Наибольший эффект от применения этого метода получается при сварке труб большого диаметра 1220…1420мм, с толщиной стенки 16…32мм. Для этого могут быть использованы сварочные комплексы «Север – 1» для КСО корневого шва и «Стык» для завершения сварки стыка – заполнения разделки кромок ЭДС порошковой проволокой. Эти комплексы и большой многолетний опыт их эксплуатации имеются в российских организациях, основной производственной деятельностью которых является строительство трубопроводов. При этой технологии время сварки корневого шва составляет в зависимости от толщины свариваемых труб 35 – 60 сек. Время заполнения одного стыка в одной палатке двумя головками составляет 8 – 12 мин. В зависимости от количества палаток темп сварки может достигать10 - 20 стыков в час. В настоящее время по заданию ОАО «Газпром » проводится деятельность

по разработке и созданию оборудования для промышленного внедрения этой технологии. ВЫВОДЫ 1. Разработан и опробован в лабораторных и производственных условиях комбинированный метод сварки труб, включающий последовательную сварку двумя широко применяемыми на практике методами: автоматической контактной сваркой оплавлением и электродуговой сваркой порошковой проволокой, что позволяет в полной мере использовать главные преимущества обоих методов. 2. Сварка корневого шва контактной сваркой оплавлением повышает его качество, при этом упрощается технология сварки, возрастает производительность сварочных работ. 3. Применение электродуговой сварки порошковой проволокой для заполнения оставшейся части разделки кромок способствует повышению показателей ударной вязкости металла корневого шва, при этом отпадает такая технологическая операция, свойственная сварке оплавлением, как удаление наружного грата. 4. Механические свойства соединений, выполненные комбинированным методом, отвечают всем требованиям, которые предъявляются к сварным соединениям труб, в том числе по показателям ударной вязкости. Характерные дефекты, которые возможны при выполнении сварочных работ, с высокой достоверностью выявляются традиционными методами неразрушающего контроля: ультразвуковым и рентгеновским. 5. Предлагаемый метод комбинированной сварки может иметь решающее значение в повышении производительности и качества сварных соединений труб при строительстве мощных толстостенных трубопроводов с толщиной стенки 20…30мм и более, особенно при выполнении работ в экстремальных климатических и погодных условиях.


КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА

37


38

Мир сварки 2010 №13

СТАНДАРТИЗАЦИЯ

ОЦЕНКА СООТВЕТСТВИЯ СВАРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА ТРЕБОВАНИЯМ НАКС И РОСТЕХНАДЗОРА В СЕВЕРО-ЗАПАДНОМ РЕГИОНЕ РФ

П

А. М. Левченко, доцент, к.т.н., директор Регионального СевероЗападного межотраслевого аттестационного центра (РСЗ МАЦ), г. Санкт-Петербург

"Сварка является специальным процессом, который требует координации действий при сварке, чтобы обеспечить уверенность в качестве производства и надёжности эксплуатации сварных изделий. Планирование, выполнение, надзор, проверка должны быть четко определены". ГОСТ Р 53525-2009

ри создании строительных или опасных промышленных объектов во всех странах сварочные работы подлежат добровольной и отчасти обязательной сертификации. Эти требования введены в Технические регламенты, директивы и стандарты, например ГОСТ Р 53525-2009 (ИСО 14731:2006). Российская промышленность и строительство включены в систему сертификации сварочного производства на основах обязательных требований к изготовлению, монтажу, ремонту, реконструкции и строительству различных технических устройств и конструкций, поднадзорных Ростехнадзору. Принципы добровольного исполнения оценки соответствия процедур изготовления продукции и ее качества высоким нормам, обеспечивающим безусловные приоритеты на рынке, в России осваиваются очень медленно. На особо важных опасных объектах при строительстве работает, как правило, несколько независимых мониторинговых компаний с одинаковой задачей. У каждой из них свои методики контрольных действий, свои формы бланков отчетности, но они «уживаются» рядом без противоречий, т.к. цель одна – свести к минимуму риск инвестора и создать сооружение без нарушений проектных параметров и требований безопасности. В России роль контрольного органа за строительством исполняет единственный орган, который имеет Совет по государственному контролю (от 12 декабря 2006г.) – Государственная Федеральная служба Ростехнадзор, который сам не ведет мониторинг по причине малочисленного персонала

инспекторов. Ростехнадзор разрешает начать строительство и после рассмотрения исполнительской документации дает разрешение на ввод в эксплуатацию. Решения Ростехнадзора играют роль также и в страховых случаях. На остальной части земного шара ни одна страховая компания не заключит страховой договор, если нет независимого мониторинга Ллойдов, Тюфа, DNV и тому подобных авторитетных контрольных технических органов. В России эту нишу деятельности в отношении сварки должен занять НАКС. Для этого развития системы сертификации сварочного производства в России Национальная Ассоциация Контроля сварки (НАКС) и Федеральная служба по экологическому, технологическому и атомному надзору заключили «Соглашение о сотрудничестве» в части создания нормативных документов, определяющих требования к сертификации процессов и продукции сварочного производства, а также оценки соответствия сварных конструкций. В 2007 году НАКС стал председательствовать в Техническом комитете по стандартизации ТК-364 «Сварка и родственные процессы», создавать новые серии стандартов по сварке и адаптировать эти стандарты к международным требованиям ISO. В России требованиями Ростехнадзора установлены и уже применяются основные положения аттестации сварочного производства, которые с 1999 г. и 2003 г. представлены нормативными документами НАКС по аттестации персонала ПБ 03-273-99 и РД 03-495-02; аттестации сварочных материалов РД 03613-03; оборудования РД 03-614-03 и технологий РД 03-615-03. Практика при-


СТАНДАРТИЗАЦИЯ

ǿȖȟȠȓȚȎ ȘȎȥȓȟȠȐȎ ȝȞȓȒȝȞȖȭȠȖȭ

ǻȎșȖȥȖȓ ȎȠȠȓȟȠȜȐȎțțȜȑȜ ȝȓȞȟȜțȎșȎ ȝȜ ȟȐȎȞȘȓ I, II, III, IV ȡȞȜȐțȓȗ ǽǯ 03 03-273-99 273 99 ǾDz 03-495-02 03 495 02

ɇɚɥɢɱɢɟ ɚɬɬɟɫɬɨɜɚɧɧɨɝɨ ɩɟɪɫɨɧɚɥɚ ɩɨ ɤɨɧɬɪɨɥɸ I, II ɭɪɨɜɧɟɣ

Ⱥɬɬɟɫɬɚɰɢɹ ɫɜɚɪɨɱɧɨɝɨ ɩɪɨɢɡɜɨɞɫɬɜɚ ɞ

ɇɚɥɢɱɢɟ ɩɚɤɟɬɚ ɬɟɯɧɨɥɨɝɢɱɟɫɤɢɯ ɤɚɪɬ ɪ ɢ ɢɧɫɬɪɭɤɰɢɣ ɪɭ ɰ

ɇɚɥɢɱɢɟ ɤɚɱɟɫɬɜɟɧɧɨɝɨ (ɚɬɬɟɫɬɨɜɚɧɧɨɝɨ) ɫɜɚɪɨɱɧɨɝɨ ɨɛɨɪɭɞɨɜɚɧɢɹ ɊȾ 03-614-03

ɋɜɢɞɟɬɟɥɶɫɬɜɨ ɇȺɄɋ

39

Ƚɨɬɨɜɧɨɫɬɶ ɩɪɟɞɩɪɢɹɬɢɹ ɤ ɢɫɩɨɥɧɟɧɢɸ ɬɟɯɧɨɥɨɝɢɢ ɫɜɚɪɤɢ ɊȾ 03-615-03 03 615 03

Ɋɚɡɪɟɲɟɧɢɟ ɊɈɋɌȿɏɇȺȾɁɈɊɚ ɍɦɟɧɢɟ ɩɨɧɢɦɚɬɶ ɢ ɢɫɩɨɥɶɡɨɜɚɬɶ ɬɟɯɧɢɱɟɫɤɢɟ ɞɨɤɭɦɟɧɬɵ ɫɜɚɪɨɱɧɨɝɨ ɩɪɨɢɡɜɨɞɫɬɜɚ ɢ ɩɪɨɦɵɲɥɟɧɧɨɣ ɛɟɡɨɩɚɫɧɨɫɬɢ

ɍɦɟɧɢɟ ɩɟɪɫɨɧɚɥɚ ɫɜɚɪɢɜɚɬɶ ɪ ɩɨ ɩɪɨɰɟɞɭɪɟ ɪ ɰ ɞɭɪ ɬɟɯɧɨɥɨɝɢɢ ɫɜɚɪɤɢ

ɍɦɟɧɢɟ ɨɰɟɧɢɜɚɬɶ ɤɚɱɟɫɬɜɨ ɲɜɚ ɜɢɡɭɚɥɶɧɨ ɢ ɫɩɟɰɢɚɥɶɧɵɦɢ ɦɟɬɨɞɚɦɢ ɊȾ 03-606-03 ɢ ɞɪ.

ɍɦɟɧɢɟ ɷɤɫɩɥɭɚɬɢɪɨɜɚɬɶ ɫɜɚɪɨɱɧɨɟ ɪ ɢ ɫɛɨɪɨɱɧɨɟ ɪ ɨɛɨɪɭɞɨɜɚɧɢɟ ɍɦɟɧɢɟ ɩɟɪɫɨɧɚɥɚ ɜɵɛɢɪɚɬɶ ɤɚɱɟɫɬɜɟɧɧɵɣ ɦɟɬɚɥɥ ɢ ɚɬɬɟɫɬɨɜɚɧɧɵɟ ɫɜɚɪɨɱɧɵɟ ɦɚɬɟɪɢɚɥɵ ɊȾ 03-613-03

ɇɚɥɢɱɢɟ (ɩɪɢɦɟɧɟɧɢɟ) ɚɬɬɟɫɬɨɜɚɧɧɵɯ ɫɜɚɪɨɱɧɵɯ ɦɚɬɟɪɢɚɥɨɜ ɇɚɥɢɱɢɟ ɚɬɬɟɫɬɨɜɚɧɧɨɣ ɢɫɩɵɬɚɬɟɥɶɧɨɣ ɥɚɛɨɪɚɬɨɪɢɢ

менения этих документов и зарубежный опыт показали, что для оценки качества сварочного производства предприятий этих документов недостаточно. Нужны ещё современные документы требований к сварочной продукции разных отраслей. Требования к качеству сварных соединений в России дифференцированы по объектовому признаку и определены в базе нормативных документов, регулирующих строительство, монтаж, ремонт и реконструкцию содержащей более 55-ти наименований опасных технических устройств. Эта база устарела и не обновляется. Новые технические устройства, как правило, не имеют нормативной базы качества сварных швов и требуют особого внимания при проектировании и производстве сварочных работ. Система аттестации сварочного производства НАКС находится в развитии и оказывает сильное положительное влияние на организацию сварочного производства в России. Но она пока не может влиять на выбор поставщиков металла и полимеров, не имеет единых требований к проектам и ППР, технологической документации, организации и мониторингу сварочных работ, как это делают зарубежные исполнители оценки соответствия. Эта задача, возможно, будет решена в системе добровольной сертификации при введении полной серии адаптированных стандартов сварочного производства или стандартов СРО НАКС. Такие предприятия, как ООО «Газпром», ОАО «Ленгазспецстрой», ООО «Лукойл», АК «Транснефть» используют совре-

менные параметры аттестации сварочного производства и постоянно декларируют высокое качество сварочных работ. Однако предприятиями малого бизнеса даже минимальные требования к аттестации сварочного производства выполняются весьма неохотно. Это органично связано с тем, что в России очень низкая материальная ответственность за брак, причиняемый инвестору. Инвестор в России, как правило, рискует, принимая строительный объект без мониторинга и независимой оценки соответствия строительства. Значительная часть субподрядных организаций, выполняющих работы на технических устройствах, поднадзорных государственному контролю, выполняет минимальные требования аттестации сварки только благодаря усилиям (требовательности) Северо-Западного управления Ростехнадзора. Нередки случаи, особенно в строительной индустрии, когда на небольших предприятиях сварочный персонал представлен всего 1 - 2 сварщиками, а ответственные сварочные работы выполняются произвольно без регламентирующей документации. Требование выполнить аттестацию технологии сварки часто вызывает яростное сопротивление. Для минимальной подготовки таких предприятий к выполнению требований НАКС и Ростехнадзора необходимо добровольно, в своих личных интересах, возможно, даже самостоятельно, проводить внутренний аудит состояния сварочного производства.


40

СТАНДАРТИЗАЦИЯ

При оценке соответствия адекватные решения принимаются экспертами в отношении технической документации, ее исполнителей, сварочных и исходных материалов, оборудования, технологии и техники исполнения, организации технического и операционного контроля. Это приводит к повышению технической оснащенности предприятия, применению прогрессивных методов сварки, культуры сварочного производства, повышает квалификацию инженерно-технического персонала, сварщиков и контролеров, укрепляет ответственность за выполнение актуализированных работ, снижает количество скрытых дефектов сварки. Техническое сопровождение при подготовке и осуществлении процедур строительства, техническое освидетельствование процесса выполнения и верификации результатов производственных и монтажных работ, неразрушающего контроля и пусконаладочных испытаний требованиям Ростехнадзора стало в России полным аналогом оценки соответствия, принятой международными исполнителями и законодателями этой процедуры, такими как Ллойд Регистр или DNV. РСЗ МАЦ частично проведена оценка соответствия сварочного производства компаний, строящих Норд-Стрим, но мониторинг руководители Норд-Стрим не поручили НАКС, поэтому, какое качество исполняемых работ выдерживается при строительстве Норд-Стрима в российской зоне Балтийского моря, никто пока не знает. Выигрыш от проведения мониторинга сварочных работ очевиден: предприятие занимает высокий технический уро-

Мир сварки 2010 №13

вень среди конкурентов, а технические устройства опасных промышленных объектов получают высокое качество, объективный расчетный ресурс, безопасные свойства при эксплуатации. Аттестация сварочного производства необходима всем предприятиям. Она положительно влияет на параметры надежности любых сварных конструкций, особенно опасных, и поэтому защищает биологическую среду нашей планеты от технических случайностей, приводящих к ухудшению среды обитания на земле. Настало такое время, когда мы уже не имеем права строить без мониторинга. Операционная структура Системы оценки соответствия сварочного производства НАКС на Северо-Западе России развивалась в соответствии с требованиями нормативной базы НАКС и распоряжениями Ростехнадзора. Организационную деятельность НАКС на Северо-Западе России представляет РСЗ МАЦ, имеющий в составе и административном подчинении аттестационные центры персонала, материалов, оборудования и технологий, а также развитую сеть аттестационных пунктов. РСЗ МАЦ расположен в Санкт-Петербурге, имеет допуски СРО НАКС и выполняет всю организационно-методическую работу требований системы САС’в под контролем НАКС и Ростехнадзора. Применение методик НАКС непрерывной периодической проверки состояния сварочных работ предприятия даже своими силами усиливает его интеллектуальный потенциал и конкурентную способность. Независимый мониторинг РСЗ МАЦ впервые провел на Ɍɟɪɪɢɬɨɪɢɹ ɋɟɜɟɪɨ--Ɂɚɩɚɞɧɨɝɨ Ɋɟɝɢɨɧɚ ɇȺɄɋ строительстве ледостойкой Ⱥɬɬɟɫɬɚɰɢɨɧɧɵɟ ɰɟɧɬɪɵ ɢ ɩɭɧɤɬɵ нефтяной платформы Д6 в Балтийском море (2002г.). ɋɁɊ ȽȺɐ За этим объектом последоɆɭɪɦɚɧɫɤ вали резервуарный парк в Ⱥ Ⱥɬɬɟɫɬɚɰɢɨɧɧɵɟ ɩɭɧɤɬɵ Ɇɨɧɱɟɝɨɪɫɤ ɋɁɊ ȽȺɐ г. Высоцке (2003г.), Морской Ʉɚɥɢɧɢɧɝɪɚɞ Ⱥɬɬɟɫɬɚɰɢɨɧɧɵɟ ɰɟɧɬɪɵ подводный нефтепровод ɋɁ Ɋɟɝɢɨɧɚ ɋɨɫɧɨɜɵɣ Ȼɨɪɪ Баку-Астрахань в Каспийсɋɚɧɤɬ-ɉɟɬɟɪɛɭɪɝ ком море (2008г.), гидротехɉɫɤɨɜ ɉɟɬɪɨɡɚɜɨɞɫɤ нический комплекс защиты ɇɨɜɝɨɪɨɞ ɋɟɜɟɪɨɞɜɢɧɫɤ С.-Петербурга от наводнеɉɢɤɚɥɟɜɨ ȼɟɥɢɤɢɟ Ʌɭɤɢ ний (2010г.), «Американсɋɬɚɪɚɹ Ɋɭɫɫɚ ɇɚɪɶɹɧ-Ɇɚɪ кие» мосты, стадион «Зенит» ȼɨɥɨɝɞɚ в С.-Петербурге (2010г.) и ɂɧɬɚ многие другие, жизненно важные для Северо-Запада ɋ ɋɵɤɬɵɜɤɚɪ и Петербурга, технические объекты, обеспечивающие мощь и процветание Северной столицы.


КАФЕДРА СВАРКИ

41


42

ОХРАНА ТРУДА

Мир сварки 2010 №13

АНОМАЛЬНАЯ ЖАРА И МИКРОКЛИМАТ СВАРЩИКА Ю.С. Корюкаев, главный специалист по безопасности труда и окружающей среды ЗАО «СовПлим», Санкт-Петербург, к.м.н, заслуженный эколог РФ

Организм человека за счет обмена веществ постоянно производит тепло. Производство тепла в покое равно порядка 1,0 ккал в 1 ч на 1 кг массы тела, при умственном труде – 1,4, при легком физическом труде - 1,6, труде средней тяжести - 1,9, тяжелом - 2,3 и особо тяжелом труде – 2,5 ккал/ч.кг. Из организма (тепловое ядро) тепло передается на поверхность тела, так как кожа имеет постоянно более низкую температуру, чем внутренние ткани – около + 330С. Отдача тепла с поверхности тела во внешнюю среду происходит проведением – передача тепла от более нагретого к менее нагретому телу, конвекцией - передачей тепла перемещающимися частицами газа, излучением и испарением. Интенсивность отдачи тепла в окружающую среду зависит от ее состояния. Отдаче тепла во внешнюю среду препятствуют: • Солнечная радиация (в петербургский июльский полдень до 630 Вт/м2 ); • Отраженная радиация неба – до 15% от солнечного; • Тепловое излучение почвы и окружающих предметов, нагретых свыше 330 С; • Нагретый свыше 330С воздух. Когда теплообразование и отдача и поступление тепла сбалансированы - наступает тепловое равновесие – тепловой комфорт. Например, при температуре воздуха +22,40С,

относительной влажности 70% и скорости движения воздуха не более 0,4 м/c ощущение комфорта будет таким же, как при воздухе, нагретом до +28,4, 20% влажности и скорости движения воздуха 2,9 м/с. В первом случае ведущее значение в теплообмене принадлежит излучению и конвекции, во втором – испарению пота. Испарение 1 литра воды отнимает от тела 580 ккал тепла. Это же количество воды должно вернуться в организм для предупреждения обезвоживания. Расчет выделения пота и потребности в воде для разных видов работ представлен в табл.1. Аномальная жара усиливает тепловую нагрузку на всех, но для некоторых групп населения, в частности, работающих с промышленными источниками тепла, она становится особенно заметной и опасной. Это в первую очередь относится к энергоемким процессам плавки и горячей обработки, металлургическому производству и производству металлоконструкций методами тепловой обработки - сварки и резки, где работают сотни тысяч человек. В металлургии повышенные тепловыделения являются следствием нагревания металла. Для питания дуговых печей при напряжении 220650 вольт расходуется ток силой до 40 000 ампер, в результате 40-тонная электроплавильная печь выделяет в час до 1 млн ккал тепла. Температура воздуха на рабочих площад-

Таблица 1. Испарение пота (потребность в воде) при температуре воздуха и окружающих поверхностей, равной и выше температуры кожи (+330С) при разных категориях работ Категории работ по тяжести

Виды работ

Производство тепла, ккал/ час

Выделение пота (потребность в воде), г/ч

Сидя, без особого физического напряжения (офис, бухгалтерия, управление и др.)

до 120

До 200

121 - 150

До 260

151 - 200

До 350

IIб

Связанные с ходьбой, перемещение и переноской тяжестей до 10 кг и сопровождающиеся умеренным физическим напряжением (сварка, газовая резка, работа с ручными механизированными инструментами)

201 - 250

До 450

III

Ряд профессий в кузнечных цехах с ручной ковкой, литейных цехах с ручной набивкой и заливкой опок машиностроительных и металлургических предприятий и т.п.

более 250

Более 450

Iб IIа

Сидя, стоя или связанные с ходьбой и сопровождающиеся некоторым физическим напряжением (мелкие ручные работы, электро–, радиомонтаж) Постоянная ходьба, перемещение мелких (до 1 кг) изделий или предметов в положении стоя или сидя (слесарные, сборочные работы)


ОХРАНА ТРУДА

ках повышается до 50 и более 0С, а тепловое излучение до 10 раз выше солнечного. Электрическая мощность сварочной дуги на 3 – 3 порядка ниже. Правда, расходуется она на расстоянии не далее 50 см от сварщика; 85% электрической мощности сварочной дуги превращается в тепло. Например, при токе 120 ампер и напряжении 60 вольт на расстоянии не более 0,5 метра от сварщика при коэффициенте загрузки 0,6 выделится 3,6 кВт/ч тепла. Тепло сварочной дуги нагревает свариваемый металл, предается воздуху и в инфракрасном диапазоне излучается в окружающее пространство. По нашим данным, в пространстве между сварщиком и сварочной дугой температура воздуха всегда выше окружающей температуры до 8°С в холодное время года и до 7°С в теплое (при этом не имеет значения местонахождение сварщика: в закрытом блоке или на открытой площадке), а относительная влажность снижается до 40–20 %. Тепловое излучение на уровне руки в обычных условиях дуговой сварки может достигать 1000 вт/м2в мин., а на уровне груди – 348 вт/м2 в мин. при гигиенической норме 140 вт/м2 в мин. В экстремальных условиях, при сварке с подогревом свариваемых конструкций, плотность теплового потока может достигать до 3500 вт/м2 .мин. Исследования, выполненные ЦМСЧ-58 Севмашпредприятия г. Северодвинска, показали, что при эффективной вентиляции строящихся АПЛ температура воздуха в отсеках при сварке повышается в среднем на + 3,50С. Тепловая нагрузка на уровне головы составляла 600–750 Вт/м2 в мин., на уровне груди – 300–350 и на уровне ног -150 Вт/м2 в мин. На рабочем месте газорезчика соответственно 2500, 2000 и 1200 Вт/м2 в мин. Физиологами установлены зависимости между метеоусловиями и производительностью труда. По их данным резкое падение производительности труда на 65 и более % наступает при достижении 300С при влажности 90 % и скоростях движения воздуха до 1 м/с. В России действуют Санитарные правила и нормы СанПин 2.2.4.548-96 «Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений» Согласно этим правилам верхним пределом допустимой температуры на рабочем месте для категорий работ Iа и Iб является + 290С при влажности не более 75%, для IIа и IIб +280С и для III- 270С тепла. При обеспечении допустимых величин микроклимата на рабочих местах перепады и изменения температуры в смену не должны быть более 3-4 0С, а относительная влажность воздуха не должна выходить за пределы 70% - при температуре воздуха 25°C и 55% - при температуре воздуха 28° C. Методы борьбы с повышенной температурой и влажностью наиболее отработаны в металлургии и являются основой охраны труда в этом виде производства. Экранирование источников тепловыделений, специальные средства инди-

43

видуальной защиты, питьевой режим с предупреждением вымывания водорастворимых витаминов и микроэлементов, режимы труда и отдыха, комнаты тепловой разгрузки, дополнительные льготы и компенсации являются примером для рабочих других профессий, попавших в условия экстремального микроклимата. Следует заметить, что меры по защите рабочих в металлургии складывались десятилетиями и закреплены соответствующими нормативными актами, правилами и нормами. При сварке и газовой резке вопросу микроклимата и предупреждения теплового стресса внимания практически не уделялось. Проектные организации относят сварочные цехи к цехам с незначительными тепловыделениями. Исторически сложилось, что главное в сварке – борьба со сварочным аэрозолем, чем и заняты специалисты по вентиляции и очистке воздуха. Задача защиты сварщиков и газорезчиков от перегревания по сравнению с другими работами значительно упрощается тем, что воздух на рабочем месте всегда пересушен. Поэтому питьевой режим в соответствии с таблицей 1 является наиболее оптимальным способом борьбы с перегревом. Пить надо воду охлажденную, но не холодную. Соки и популярные содержащие сахар напитки применять не следует. Поваренную соль лучше принимать лучше во время еды, так как подсоленная вода не всем нравится и мало эффективна. Двух полуторалитровых бутылок воды за смену при температуре воздуха на рабочем месте свыше 30 градусов достаточно для сохранения здоровья и работоспособности на все время аномальной жары. Обязательна местная вытяжная вентиляция объемом не менее 1000 м 3 от поста для удаления горячего воздуха и сварочного аэрозоля. Всегда, в зависимости от самочувствия, следует носить надлежащую спецодежду. При работе на улице помнить, что при сухом воздухе полностью одетые люди теряют меньше воды с потом и получают меньше тепла от солнца и окружающей среды. Отдыхать от перегрева рекомендуется в выделенных для отдыха местах, по крайней мере, с воздушным душированием. Оптимально - в изолированных комнатах с кондиционированием воздуха. Для предупреждения простуд, ангин, переохлаждения мышц температура воздуха в этих помещениях должна быть не ниже суммы половины температуры наружного воздуха + 80С. Например, при жаре в 400С температура в кондиционированном помещении не должна быть ниже 28 0 С. В настоящее время предприятия имеют право в счет прибыли самостоятельно решать проблемы охраны труда. Затраты на кондиционирование комнат отдыха, организацию питьевого режима, дополнительную защиту от солнечного излучения, введение дополнительных перерывов компенсируется уменьшением потерь рабочего времени за счет выработки и сохранения здоровья работающих.


44

Мир сварки 2010 №13

ВОПРОС-ОТВЕТ

Вопрос: Что такое кристаллическая структура стали и каковы ее разновидности?

Отвечает заместитель главного редактора журнала «Мир сварки», заслуженный сварщик России Артур Кляровский.

2,86

3,56

При переходе из жидкого состояния в твердое (кристаллизация) металлы приобретают кристаллическую структуру, которая характеризуется определенным строгим расположением атомов относительно друг друга с постоянным для данного металла расстоянием между атомами. Такое расположение атомов и носит название «кристаллическая решетка». Железо, в зависимости от температуры нагрева, может иметь кристаллические решетки трех типов: 1. В интервале температур до 9100 – α-феррит (альфаферрит), имеющий решетку в виде центрированного куба (рис.1а). 2. В интервале температур от 910 до 13900 – аустенит, имеющий кристаллическую решетку в виде гранецентрированного куба (рис. 1б). 3. В интервале температур от 1390 до 15350 (температура плавления железа) – δ-феррит (дельта-феррит), име-

ющий такую же решетку, как и α –феррит, но с большими параметрами (расстоянием между атомаомами). авленного железа При охлаждении расплавленного центры кристаллизации возникают одновременно во многих точках остывающего объема. Затем, по мере охлаждения, вокруг каждого центра надстраиваются новые кристаллические ячейки, пока весь металл не кристаллизуется в полном объеме. В результате получается зернистое строение металла (рис.2). При этом каждое зерно имеет кристаллическую решетку с определенным направлением осей. При дальнейшем охлаждении уже твердого, закристаллизовавшегося металла, при переходе δ-феррита в аустенит и аустенита в α-феррит могут возникать новые центры кристаллизации с соответствующими изменениями величины зерна. Сталь является сплавом железа с углеродом. Именно содержанием углерода в большинстве случаев и определяются физические и технологические свойства стали.

а

2,86

b

Рис. 1. Схемы строения кристаллических решеток: а — феррита; б — аустенита.

3,56


ВОПРОС-ОТВЕТ

Рис. 2. Схема строения зерен стали

3,56

3,56 Рис. 3. Схема строения кристаллической решетки аустенита с растворенным углеродом

Рис. 4. Схема строения кристаллической решетки мартенсита

3,63

В α-феррите углерод растворим только в достаточно малых количествах (в виде твердого раствора), а в аустените – в гораздо большей степени. При этом атом углерода в аустените помещается в центре куба (рис. 3), а в α –феррите этого места в кристаллической решетке для него нет. Поэтому и предел растворимости углерода мал. Кроме твердых растворов углерод с железом образует (при содержании углерода сверх предела растворимости) химическое соединение – карбид железа, называемый цементитом. При кристаллизации, при медленном охлаждении, избыточный углерод выпадает из раствора в виде карбида железа, и при этом в результате обычно образуется мелкодисперсная смесь железа (α –феррита) с карбидом железа (цементитом), которая называется перлитом и, соответственно, сталь с такой структурой относится к перлитному классу. При ускоренном охлаждении превращение аустенита в перлит видоизменяется. Причем чем выше скорость охлаждения, тем мельче получаются частицы выделившихся карбидов. Поэтому различаются следующие структуры стали, возникающие по мере увеличения скоростей охлаждения: перлит, сорбит, троостит. При определенной для данной конкретной стали скорости охлаждения (критической скорости закалки) углерод не успевает «выскочить» из кристаллической решетки и при превращении из аустенита в α –феррит остается в решетке α –феррита. При этом атом углерода помещается в центре одной из граней кристаллической решетки α –феррита, кристаллическая решетка искажается, куб вытягивается (превращается в тетраэдр). В результате структура получается напряженной, и поэтому металл с такой структурой отличается высокой твердостью и пониженной пластичностью (хрупкостью). Такая структура называется мартенситом (рис. 4). Его твердость зависит только от содержания углерода. Свойство стали увеличивать твердость мартенсита с повышением содержания углерода называется прокаливаемостью. Легирующие элементы в стали изменяют величину критической скорости закалки и влияют на образование и устойчивость карбидов. Элементы, расширяющие температурную область существования аустенита, называются элементами – аустенизаторами. К ним относятся, помимо углерода, марганец, никель, азот, медь. При введении достаточных количеств этих элементов в сталь α –феррит исчезает, и сталь приобретает устойчивую аустенитную структуру в широком диапазоне температур. Легирующие элементы, сужающие область аустенита, называются элементами–ферритизаторами, и к ним относятся хром, кремний, алюминий, молибден, вольфрам, титан, ниобий. При введении достаточных количеств этих элементов

45

2,86

в сталь область аустенита исчезает, и сталь приобретает устойчивую ферритную структуру в широком диапазоне температур. Аустенитные и ферритные легированные стали широко применяются в качестве кислотостойких, окалиностойких, хладопрочных специальных сталей.


46

ФОТО НОМЕРА

Мир сварки 2010 №13

ПОДПИСКА НА ЖУРНАЛ «МИР СВАРКИ» НА 2010 Г. Для российских предприятий и фирм, а также для частных подписчиков Подписка оформляется через редакцию. Для этого необходимо выслать заполненную заявку вместе с копией платежного поручения в редакцию журнала «Мир Сварки». Журнал выходит шесть раз в год. Стоимость годовой подписки на 2010 г. – 1800 рублей (вкл. НДС 18%) за один комплект. Деньги за подписку на журнал необходимо перечислить в ООО «ИТЦ «СПАС» Реквизиты: ОАО «CЭБ Банк» г. Санкт-Петербург, р/сч 40702810800000000929, к/сч 30101810500000000747 БИК 044030747 ИНН/КПП 7804343145/781601001 ОКПО 96716045 ОКВЭД 74.84, 22.1 ОГРН 5067847209843 ПОДПИСНАЯ ЗАЯВКА Название предприятия (для фирм)/Ф. И. О. (для частных подписчиков)_____________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________________________ ИНН/КПП_____________________________________________________________________________________________________________ Банковские реквизиты___________________________________________________________________________________________________ Фактический адрес/адрес для доставки журнала______________________________________________________________________________ Юридический адрес______________________________________________________________________________________________________ Тел/факс__________________________________________________________ кол-во комплектов__________________________________ Адрес редакции журнала «Мир Сварки»: 192289 Санкт-Петербург, ул. Софийская, 66 Тел/факс: (812) 448-37-75 E-mail: kosareva@welding.spb.ru, journal@welding.spb.ru

ФОТО НОМЕРА: СВАРКА В КОСМОСЕ


47


48

Мир сварки 2010 №13


Mir svarki 2010_5  

welding magazine

Advertisement
Read more
Read more
Similar to
Popular now
Just for you