CC BY
124
УДК 621.791.754 Д.П. Ильященко
ВЛИЯНИЕ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ ПРИ РДС ПОКРЫТЫМИ ЭЛЕКТРОДАМИ НА ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ИЗ СТАЛИ 09Г2С
На основе экспериментальных исследований представлены технологические (механические свойства, химический состав) и санитарно-гигиенические характеристики ручной дуговой сварки покрытыми электродами стали 09Г2С с применением защитных покрытий. Установлено, что применение рассмотренных защитных покрытий не оказывает влияния на химический состав сварного соединения, механические свойства сварных конструкций и санитарно-гигиенические характеристики воздуха рабочей зоны.
Ключевые слова: Ручная дуговая сварка, покрытые электроды, защитные покрытия, механические свойства, химический состав, санитарно-гигиенические характеристики.
Яадежность сварных соединений металлоконструкций технических устройств в электрической, нефтедобывающей, горнодобывающей, химической, машиностроительной и других отраслях промышленности существенно влияет на безопасность и экономическую эффективность производства.
При сварке металлоконструкций, трудно поддающихся автоматизации и роботизации, ручная дуговая (РД) сварка электродами с покрытием является одним из ведущих технологических процессов. Объясняется это гибкостью, простотой, универсальностью и меньшими затратами на вспомогательные операции и оборудование. По этим причинам при ремонте, монтаже и реконструкции технических устройств ручная дуговая сварка не имеет альтернатив [1].
Несмотря на известные достоинства [2], этот способ сварки имеет недостатки, которые снижают эффективность его применения. К ним относится: низкая производительность сварки по сравнению с механизированными способами сварки; зависимость качества сварного соединения от квалификации сварщика; разная скорость плавления электрода в начале и в конце процесса; большие потери металла на угар и разбрызгивание, огарки, в сумме составляющие до 30 процентов массы стержня.
Разбрызгивание электродного металла сопровождается набрызгиванием его на поверхность свариваемых деталей при сварке покрытыми электродами, которое может достигать существенных значений (до 11 % массы электродного стержня). Установлено^], что трудоемкость по отчистки поверхности свариваемых изделий от брызг расплавленного металла, составляет от 15-30 % от основного времени сварки.
Снизить величину набрызгивания капель расплавленного металла на поверхность свариваемых деталей можно тремя способами [4]:
1 снизить величину разбрызгивания (1 разработкой систем управления переносом металла; 2 разработкой новых сварочных материалов, технологий и приемов сварки);
2 применением покрытий для защиты поверхности свариваемого металла от брызг расплавленного металла.
3 уменьшить величину разбрызгивания и набрызгивания путем применения защитных покрытий с активирующими добавками.
Защитные покрытия все активнее применятся при дуговой сварке плавлением, однако вопрос об их влияние на работоспособность сварных соединений при РДС покрытыми электродами остается не изученным.
Для исследования влияния защитных покрытий на работоспособность сварных конструкций оценивали механические свойства сварных соединений (оВ - предел прочности при растяжении, МПа; угол загиба наружу и во внутрь, С0). Для проведения исследования были отобраны наиболее применяемые защитные покрытия: 1 -разработанное защитное покрытие[5]; Спрей «Super Pistolen Spray» (производитель фирма Binzel); Покрытие PROTEC CE 15 L. Гистограммы механических свойств сварных соединений, выполненных с применением защитных покрытий, представлены на рис. 1, 2.
По результатам исследований установлено, что прочностные свойства сварных соединений, выполненных с защитным покрытием и без него, различны. Механические свойства сварных соединений, выполненных с применением защитных покрытий ( Спрей «Super Pistolen Spray» и PROTEC CE 15 L) предел прочности снижается, а при использовании покрытия [5] не происходит изменение прочностных свойств. Исследование влияния защитных покрытий на величину угла загиба (наружу и вовнутрь) не показало отклонений.
543
542,5 ■
без покрытия Спрей«Super Покрытие патент Покрытие
Pistolen Spray», на изобретение PROTECCE15L № 2297311 (РФ)
Рис. 1. Предел прочности при растяжении сварных соединений: труба 159х6 из стали 09Г2С (корень: LB-52U (d=2,6 мм) заполнение: LB-52U (d=3,2мм))
140
120
100
80
60
40
20
120
120
120
120
вв
без покрытия Спрей«Super Покрытие патент Покрытие
Pistolen Spray», на изобретение PROTECCE15L №2297311 {РФ)
Рис. 2. Влияние защитных покрытий на величину угла загиба (наружу и вовнутрь) сварных соединений: труба 159х6 из сталь 09Г2С (корень: LB-52U (й=2,6 мм) заполнение: LB-52U ^ = 3,2 мм))
Однако во всех случаях применения защитных покрытий механические свойства сварных соединений не ниже допустимых значений механических свойств свариваемой стали: по ГОСТ 8732-78 «Трубы бесшовные горячекатаные» для стали 09Г2С оВ=490 - 540 МПа, следовательно, общая несущая способность сварной металлоконструкции не снижается. Химического состав сварного шва определялся по ГОСТ18895-81 «Металлы. Метод фотоэлектрического спектрального анализа» на последователь-ном рентгенофлюреристентном спектрометре ХЯР -1800. Отбор и подготовка проб осуществлялись по ГОСТ7565-81 «Метод отбора проб для определения химического состава»
Анализ экспериментальных данных показал (рис. 3), что защитные покрытия практически не влияют или оказывают незначительное влияние на химический состав сварного шва. Это связано с тем, что объем расплавленного металла несопоставимо больше объема покрытий, попадающих в зону сварки.
В настоящей работе были проведены исследования при РДС покрытыми электродами по защитным покрытиям. Исследования проводились с целью выявления валовых выделений пыли и газов при РДС покрытыми электродами с применением защитных покрытий в лабораторных условиях, при этом изучались: количество пыли, образующейся при сварке, и ее химический состав, содержание в пыли марганца, качественный и количественный состав дисперсионной среды, образующегося сварочного аэрозоля, содержание: окиси и двуокиси углерода- СО, СО2; окиси кремния - SiO; окислы азота - N0, N0^ озон - 03 и т.д.
Сварка в РДС покрытыми электродами производилась на стальных образцах с нанесенными защитными покрытиями (различных марок) по всей поверхности, электродами LB-52U. Отбор проб воздуха для определения уровня загрязнения воздушной среды проводился в зоне дыхания сварщика. В исследованиях использовали следующие оборудование: аспиратор для отбора проб воздуха мод. 822; барометр-анероид БАММ-1; психрометр аспирационный МВ-4М; газоанализатор «ЭЛАН-СО-50». Аспиратор работал 20 минут при каждом отборе пробы, протягивая за это время 0,2 м3 воздуха. Количество образующейся при сварке пыли определяли по разности весов фильтров, через которые осуществлялось протягивание воздуха [6]: -
М. - М 2 р _ 1_______2_
V
Рис. 3. Химического состава сварного шва: а) марганец; б) кремний; в) углерод; г) хром; д) фосфор
312
Результаты анализа выделений пыли, газов и других примесей при ручной дуговой сварке покрытыми электродами с применением защитных покрытий (нанесено по всей поверхности образца)
Условия отбора проб Наименова- ние определяемо- го Единица измере- ния Защитные покрытия ПДК
элемента Без покрытия Разработанное покрытие [5] Сварпол PROTEC CE 15 L Super Pistolen Spray [7]
Сварочный аэрозоль 3,6+0,9 2,3+0,6 7,7+1,9 4,5+1,1 5,9+1,5 10
Двуокись азота менее 0,6 менее 0,6 Менее 0,6 менее 0,6 менее 0,6 2,0
Электроды - LB - Фтористый водород менее 0,02 менее 0,02 менее 0,02 менее 0,02 менее 0,02 0,5
52U диам 3.2, Сталь 09Г2С Хромовый ангидрид мг/м3 менее 0,003 менее 0,003 менее 0,003 менее 0,003 менее 0,003 0,03
Оксид хрома менее 0,5 менее 0,5 менее 0,5 менее 0,5 менее 0,5 3,0
Марганец 0,15+0,03 0,07+0,01 0,25+0,05 0,09+ 0,02 0,22+ 0,04 0,6
Углерода оксид 0,05+ 0,75 0,05+ 0,75 0,07 +0,75 0,14+ 0,75 0,23 + 0,75 20,0
где М1-масса фильтра после сварки и контрольного времени, г; М2-исходная масса фильтра, г; V- объем протянутого через фильтр воздуха, м3.
Для проведения исследования были отобраны наиболее применяемые защитные покрытия: 1 - разработанное защитное покрытие^]; Сварпол (производитель ПКП «Промтехснаб» г. Омск); Спрей «Super Pistolen Spray» (производитель фирма Binzel); Покрытие PROTEC CE 15 L. Полученные результаты исследования составляющих компонентов сварочной аэрозоли образующейся при РДС покрытыми электродами с применением защитных покрытий представлены в таблице.
Анализ результатов исследований показал, что при РДС покрытыми электродами с применением защитных покрытий происходит незначительно увеличение основных составляющие компонентов сварочной аэрозоли, однако превышения ПДК [7] отмечено небыло.
-------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Князьков В.Л., Князьков А.Ф. Повышение эффективности ручной дуговой сварки трубопроводов. Изд-во ГУ КузГТУ. - Кемерово, 2008. -с. 104.
2. Сварка. Резка. Контроль: Справочник. В 2-х томах / Под общ. ред. Н.П. Алешина, Г.Г. Чернышова. - М.: Машиностроение, 2004.
3. Il’yashenko D.P. and Sapozhkov S.B. Splashing in manual arc coated electrode welding and methods of reducing splashing// Welding International. 2008. Vol. 22, No 12, С. 874-877.
4. Сабиров И.Р., Ильященко Д.П., Зернин Е.А. Применение функциональных покрытий при дуговой сварке плавящимся электродом. Новые промышленные технологии. 2009. №1 С.7-9.
5. Сапожков С.Б., Зернин Е.А., Ильященко Д.П. Покрытие для защиты поверхности от налипания брызг расплавленного металла при дуговой сварке плавлением. Патент на изобретение № 2297311 (РФ) Приоритет от 09.03.2006.
6. Элементы теории и технологии защиты поверхности от брызг расплавленного металла при сварке в углекислом газе: учебное пособие / В.Т. Федько, С.Б. Сапожков, П.Д. Соколов, А.П. Ястребов. - 2-е изд. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2009. - 146 с.
7. ГН 2.2.5.1313 - 03 Предельные допустимые концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны. шгд=1
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ --------------------------------------------
Ильященко Д.П. - Технологический институт Томского политехнического университета в г. Юрге, e-mail: [email protected]
