ПРОИЗВОДСТВО ЭЛЕКТРОДОВ ДЛЯ РУЧНОЙ СВАРКИ

Контроль качества готовых электродов

Для проверки соответствия электродов предъявляемым требова­ниям предприятие-изготовитель проводит их приемо-сдаточные ис­пытания. Отметим, что такие испытания могут только фиксировать свойства уже готовой продукции. Выявленный брак является прак­тически окончательным, во многих случаях — неустранимым. Поэто­му основное внимание должно быть уделено технологическому и по­операционному контролю на всех стадиях изготовления электродов.

Приемо-сдаточные испытания электродов производят по парти­ям. Каждая партия состоит из электродов одной марки, одного диа­метра. Все входящие в партию электроды должны быть изготовле­ны по одному технологическому процессу, на однотипном оборудо­вании, с использованием стержней из проволоки одной марки, с постоянной рецептурой и количеством покрытия из компонентов одних и тех же марок и партий. Партия электродов со стержнями из легированной или высоколегированной проволоки должна быть изготовлена с использованием проволоки одной партии. Каждая партия проволоки должна состоять из проволоки одной марки, од­ной плавки, одного диаметра, одного назначения и одного вида по­верхности. Для ряда марок электродов документация при этом до­пускает использование стержней из проволоки нескольких партий, близких по химическому составу металла. В таких случаях партию образует проволока одной марки и одного диаметра, одного назна­чения и одного вида поверхности.

Предприятие-изготовитель должно проводить приемо-сдаточ­ные испытания каждой партии электродов. При этом проверяют соответствие электродов требованиям ГОСТ 9466-75 по разности толщины покрытия и сварочно-технологическим свойствам, а так­же требованиям стандарта или технических условий на электроды конкретной марки в части химического состава и характеристик наплавленного металла, металла шва или сварного соединения.

Необходимость проверки электродов на соответствие другим требованиям ГОСТ 9466-75 (по размерам электродов, качеству и прочности покрытия), а также на содержание влаги в покрытии и значение коэффициента массы покрытия устанавливается стандар­том или техническими условиями на электроды конкретной марки. Однако изготовитель должен обеспечить соответствие электродов установленным требованиям, в том числе по коэффициенту на­плавки aH = GH/l-t, где GH — масса наплавленного металла, г; I — сила сварочного тока, A; t — время сварки, ч.

Коэффициент наплавки характеризует удельную производи­тельность процесса наплавки.

Предельные массы партии электродов в зависимости от их на­значения и диаметра приведены в табл. 78. Для электродов с кис-

лым, целлюлозным, рутиловым, ильменитовым покрытием воз­можно увеличение массы партии до двух раз, согласованное с по­требителем.

Для проверки соответствия электродов требованиям по их раз­мерам, а также по состоянию поверхности покрытия из разных упа­ковочных мест партии отбирают определенное количество электро­дов. Кроме того, отбирают электроды для проверки прочности по­крытия, равномерности его нанесения на стержни, сварочно-техно­логических свойств электродов. При положительных результатах проверки годные электроды используют для контроля химического состава наплавленного металла, механических свойств металла шва, содержания ферритной фазы в наплавленном металле, твердо­сти наплавленного металла и других специальных свойств и харак­теристик наплавленного металла, металла шва или сварного соеди­нения.

При получении неудовлетворительных результатов производят повторную проверку на удвоенном количестве электродов, отоб­ранных от той же партии. Повторную проверку механических свойств металла шва, химического состава и твердости наплавлен­ного металла, других специальных свойств также производят на удвоенном количестве образцов. Результаты повторной проверки являются окончательными и распространяются на всю партию.

Контроль общих технических требований к электродам. Вне зависимости от назначения все электроды контролируют на соот­ветствие общим техническим требованиям. Нормы установлены ГОСТ 9466- 75 и/или техническими условиями на электроды кон­кретных марок.

Количество электродов, отобранных для проверки их размеров, а также состояния поверхности покрытия, составляет от 10 до 200 шт. Отбор производят из разных упаковочных мест, но не ме­нее чем из десяти, или на выходе из прокалочной печи (не менее десяти отборов с конвейера через равные промежутки времени или из разных тележек). Отобранные электроды осматривают без при­менения увеличительных приборов и проводят требуемые замеры.

С погрешностью не более 1 мм измеряют длину электрода, дли­ну зачищенного от покрытия конца и его суммарную длину с участ­ком перехода. С такой же точностью определяют протяженность вмятин, трещин и участков сетчатого растрескивания на поверхно­сти покрытия. Протяженность оголенности стержня, глубину вмя­тин, задиров и размеры пор на поверхности покрытия измеряют с погрешностью 0,1 мм. При этом размеры электродов должны соот­ветствовать нормам, приведенным ранее в табл. 2, а длина участка перехода не должна превышать 20 мм. Допуски по поверхностным дефектам не должны превышать установленных норм (см. табл. З).

Следует иметь в виду, что регламентированы минимальные тре­бования к внешнему виду и качеству поверхности покрытия. Луч­шие отечественные и зарубежные изготовители поставляют элект­роды практически без внешних дефектов, и именно с такими элект­родами должна успешно конкурировать выпускаемая продукция.

Контактный торец электрода должен быть свободен от покры­тия, что обеспечивает при сварке необходимый контакт и нормаль­ное возбуждение дуги. При этом лучше, если покрытие у контакт­ного торца зачищено на конус (угол конусности не регламентиро­ван), хотя возможна округлая или переходная между конусной и округлой форма зачистки.

Для проверки разности толщины покрытия в диаметрально противоположных участках электрода из разных мест партии отби­рают от 10 до 50 электродов.

Как уже отмечалось, разность толщин покрытия электрода в диа­метрально противоположных участках является важнейшей харак­теристикой точности изготовления электродов. Эта разнотолщин - ноегь (эксцентричность) не должна превышать значений, указанных в табл. 4. Однако для сварочных электродов с особо толстым покры­тием, предназначенных обычно для сварки только в нижнем положе­нии, когда технически приемлемо применение электродов с большей эксцентричностью покрытия, нормы по разнотолщинности норми­руют в стандарте или технических условиях на конкретную марку.

Согласно требованиям ГОСТ 9466-75, разность толщины по­крытая определяют в трех местах электрода, смещенных относи­тельно друг друга на 50-100 мм по длине и на 120“ по окружности. Измерения в каждом месте производят в двух противоположных участках микрометром (рис. 140) с точностью замера 0,01 мм. Ве­личину эксцентриситета вычис ляют по формуле

e=S-S,

где е разнотолщинность покрытия, мм; S и — толщины покры­тия в диаметрально противоположных участках электрода, мм.

Однако такая проверка разности толщин трудоемка, а проконт­ролированный электрод непригоден к использованию по назначе­нию. Поэтому стандарт допускает производить замеры другими ме­тодами и специальными приборами, обеспечивающими требуемую точность измерений. При этом эффективно применение приборов неразрушающего контроля. В отечественной практике наиболее распространены электромагнитные приборы типа ЭЦО-843М со стрелочной индикацией. Эти приборы несложны при эксплуатации в цеховых условиях, но применимы только для электродов диамет­ром не менее 3,0 мм, не обеспечивают требуемую точность измере­ний, непригодны для проверки высоколегированных электродов.

На ряде заводов успешно используют приборы типа КРП-12, внешний вид которого показан на рис. 141. Прибор позволяет кон­тролировать равномерность нанесения покрытия на стержни из любого металла (как магнитного, так и немагнитного) благодаря датчику, работающему по методу использования вихревых токов.

Датчик прибора представляет собой катушку индуктивности. Протекающий через катушку ток высокой частоты генерирует во­круг нее электромагнитное поле. Это поле наводит в металле элект­родного стержня вихревые токи, которые образуют свое электро-

магнитное поле. Первичное и наведенное поля взаимодействуют. Вращая электрод, установленный на опорах прибора, одна из кото­рых является датчиком, контролер изменяет расстояние между датчиком и стержнем. Степень этого изменения зависит от разно­толщинности покрытия в контролируемом сечении. Соответствен­но изменяется взаимодействие первичного и наведенного электро­магнитных полей, регистрируемое прибором. Шкала прибора пока­зывает разнотолщинность покрытия в микрометрах.

Такой прибор прост и достаточно надежен в работе, он пригоден для контроля как сырых электродов на стадии опрессовки, так и термообработанных электродов диаметром 2-6 мм. Максимальное значение замеряемой разнотолщинности 600 мкм, толщины кон­тролируемого покрытия (d/3)+l, где d — диаметр электрода. При­бор может быть использован при питании от сети переменного тока напряжением 220 и 36 В или автономно от батареек. Время непре­рывной работы прибора при питании от сети составляет до 8 ч.

В ряде случаев электроды имеют неодинаковую разнотолщин­ность по длине, причем она может перемещаться по окружности электрода. При сварке это проявляется в периодическом появлении, по мере плавления электрода, одностороннего чехла («козырька»), размер которого и/или месторасположение по окружности электро­да постоянно меняются. В процессе сварки электроды с изменяю­щимся эксцентриситетом доставляют наибольшие затруднения для получения качественного шва, так как сварщик не может к ним при­способиться. Квалифицированному сварщику легче приноровиться к «козырьку» какого-то постоянного размера и месторасположения. Такая разнотолщинность может быть связана с низкой пластичнос­тью обмазочной массы, неудовлетворительной правкой стержней (наличием «волнистости») при рубке, неквалифицированной на­ладкой и обслуживанием электродообмазочного пресса.

Стандартизированный метод замера разнотолщинности, факти­чески дающий усредненный по трем сечениям показатель для еди­ничного электрода, не позволяет правильно оценить фактическое качество таких электродов. Поэтому наряду с обязательными ис­пытаниями по методике, предписанной стандартом, целесообразна оценка так называемого интегрального показателя разнотолщинно­сти [107. 108]:

П

^Ч'р ~УХ^тах ~ етіп)/И’

n^t

где Деср интегральный показатель разнотолщинности, мм; емах —

максимальная разнотолщинность в пределах одного электрода; eMin — то же, минимальная; п — число электродов в выборке.

Приемлемое значение Деср не является абсолютной величиной, его устанавливают внутризаводской документацией в зависимости от диаметра электрода, вида и толщины покрытия, состава стержня и пр.

Важным показателем качества электродов является прочность покрытия. Ведь прежде, чем попасть к сварщику, готовый электрод проходит ряд технологических операций, а также перевалок при хранении и транспортировке. При закреплении в электрододержа - тель сварщик прикладывает к электроду определенное усилие. При недостаточной прочности покрытие опадет. Для проведения испы­таний от партии отбирают от 5 до 25 электродов.

При проверке прочности электродного покрытия многое зави­сит от правильности падения электрода на плиту. Если электрод упадет не плашмя, резко возрастут ударные нагрузки в месте соуда-

рения. Произойдет разрушение покрытия. Поэтому целесообразно при проверке использовать простейшее приспособление — штатив (рис. 142). Наличие околов устанавливают внешним осмотром, их протяженнос ть замеряют с погрешностью 1 мм.

Электрод является штучной продукцией. В одном килограмме диаметром 2 мм, например, более 100 шт. электродов. На отдель­ных электродах возможны дефекты, выходящие за рамки требова­ний стандарта, но не препятствующие применению данной партии электродов. Поэтому на отдельных электродах допускают отклоне­ния по нормам дефектов. Суммарное количество таких электродов не должно превышать 10% общего числа электродов, входящих в партию. Допускаемые расширенные нормы по видам дефектов и отклонений приведены в скобках в табл. 2, 3, 4. Однако в совре­менных условиях вряд ли значительное число потребителей будет использовать продукцию завода, выпускающего электроды такого уровня качества.

Для определения содержания влаги в покрытии из разных па­чек или коробок отбирают от 5 до 25 электродов от партии. Само определение производят доведением снятого с каждого контроли­руемого электрода покрытия до постоянной массы при следующих температурах: 400±10 °С — для основного покрытия; 180±10°С — для кислого и рутилового; 110±5 °С — для целлюлозного.

Для прочих и смешанных видов покрытия, а также для кислого и рутилового покрытий, содержащих целлюлозу, температуру при­нимают в соответствии с указаниями стандарта или технических условий на электроды контролируемой марки.

Содержание влаги в покрытии Вп в процентах вычисляют с по­грешностью 0,1% по формуле

т< - mn Яп=-^юо,

где тп^ — исходная масса покрытия, г; га2 — постоянная масса по­крытия, г. Массу определяют взвешиванием с погрешностью 0,01 г.

Допускается определение содержания влаги в покрытии други­ми методами, обеспечивающими требуемую точность.

При получении неудовлетворительных результатов допускают­ся новые испытания после повторной прокалки всех электродов контролируемой партии.

Для проверки коэффициента массы покрытия также из разных пачек или коробок отбирают от 5 до 25 электродов. Коэффициент массы покрытия Кп в процентах вычисляют с погрешностью 0,1% по формуле

где ml — масса покрытой части электрода; ш2 — масса стержня этой же части электрода.

Массу определяют взвешиванием с погрешностью 0,1 г.

Коэффициент массы покрытия, характеризующий соотношение между количеством покрытия и электродного металла, участвую­щими в процессе расплавления электрода, является как технологи­ческой, так и металлургической характеристикой. Именно он мо­жет лимитировать технологичность электродов как при изготовле­нии, так и при сварке.

Методика оперативного контроля Кп была описана в гл. 10.

Контроль сварочно-технологических свойств электродов. Эти свойства электродов контролируют для партий, выдержавших про­верку в части геометрических размеров, состояния поверхности, разнотолщинности и прочности покрытия. Отбор электродов про­изводят в количестве, необходимом для выполнения предусмот­ренных проб.

При проверке свойств сварочных элекчродов выполняют один односторонний и один двусторонний сварные тавровые образцы, форма и размеры которых должны соответствовать рис. 143 и табл. 79.

Шов 1, обеспечивающий требуемую жесткость образца, выпол­няют только на двустороннем тавровом образце. Выполнение дву­стороннего таврового образца не является обязательным, если это оговорено в технической документации на электроды конкретной марки, или если предусмотрена более жесткая проба.

Для изготовления сварных образцов применяют пластины из стали марки ВСтЗсп по ГОСТ 380-2005 при проверке электродов для сварки только углеродистых конструкционных сталей. В дру­гих случаях используют пластины из стали, для сварки которой

предназначены контролируемые электроды. Допускается их замена на пластины из сталей, близких по структуре металла. В таких слу­чаях в местах наложения сварных швов и на примыкающих к ним участках шириной не менее 25 мм производят предварительную наплавку не менее чем в три слоя контролируемыми электродами. Затем наплавленные поверхности механически обрабатывают для обеспечения сборки образца без зазоров. Зазоры могут служить причиной пор и трещин.

В специальных случаях вместо таврового образца выполняют трубный сварной стыковой образец, используя отрезки труб из ста­ли марки 20 по ГОСТ 1050-88 (табл. 80).

Для трубных сварных стыковых образцов конструктивные эле­менты подготовки кромок под сварку должны соответствовать при­веденным на рис. 144, а, а выполненных швов - на рис. 144, б.

При проверке наплавочных электродов выполняют один четы­рехслойный наплавочный образец. Для электродов с твердостью наплавленного металла более 42 HRC3 обычно выполняют двух­трехслойную наплавку. Используют пластины из стали марки ВСтЗсп номинальным размером 120x100x20 мм.

Сварку и наплавку образцов производят с соблюдением режи­мов и условий, установленных стандартом или техническими усло­виями на электроды контролируемой марки. Температура окружа­ющего воздуха не ниже плюс 5 °С. Используют следующие прост­ранственные положения:

• указанные в технологическом регламенте или технических усло­виях — нри выполнении односторонних сварных тавровых об­разцов;

• «нижнее в лодочку» — при выполнении двусторонних сварных тавровых образцов;

• неповоротное положение при горизонтальном расположении оси образца — при выполнении трубных сварных стыковых образцов;

• нижнее — при выполнении наплавочных образцов.

Сварку угловых швов тавровых образцов производят за один проход. При выполнении двусторонних сварных тавровых образ­цов оба угловых шва выполняют в одном направлении, не допуская охлаждения образцов. Сварку контрольного шва производят после выполнения шва, обеспечивающего жесткость образца.

Легкость возбуждения и стабильность горения дуги, равномер­ность плавления электродов и правильность формирования валиков шва или наплавляемой поверхности, а также легкость удаления шла­ка контролируют в процессе сварки или наплавки образцов. Следу­ет учитывать, что эти оценки являются достаточно субъективными.

Контроль сварных соединений или наплавленных поверхностей образцов на отсутствие поверхностных трещин, надрывов и пор производят внешним осмотром. Осмотр следует производить по всей протяженности швов и по всей площади наплавленных по­верхностей после тщательного удаления шлака, брызг расплавлен­ного металла и других загрязнений.

Для проверки сплошности углового шва его разрушают под прессом растягивающим усилием. Для обеспечения разрушения образца по шву можно выполнить фрезерованием продольный над­рез. На ряде предприятий успешно используют поверхностную воздушно-дуговую строжку образцов. Поверхности излома по всей длине площади осматривают, фиксируя и замеряя дефекты.

Возможно применение неразрушающего контроля просвечива­нием проникающими излучениями по ГОСТ 7512-82.

Для контроля шва двустороннего таврового образца на отсутст­вие трещин исследуют три поперечных микрошлифа. Их вырезают из середины и концов контролируемого шва вне зоны расположе­ния кратеров.

Проверку сплошности стыкового шва трубного сварного образ­ца с оценкой допустимости размеров и количества внутренних га­зовых и шлаковых включений производят просвечиванием прони­кающими излучениями по ГОСТ 7512-82 или при послойной про­точке шва (по диаметру или с торца) осмотром поверхности каждо­го слоя через лупу пятикратного увеличения и измерением разме­ров выявленных включений. Толщина каждого снимаемого при проточке слоя должна быть равной половине максимально допус­тимого (см. табл. 5) размера включения. Параметры шероховато­сти подлежащих осмотру поверхностей не должны превышать Rz=40 мкм по ГОСТ 2789- 73. Одно и то же включение, выявляе­мое более чем на двух поверхностях, является недопустимым.

Проверку сплошности шва трубного образца допускается про­изводить при поперечной разрезке образца по оси шва с последую­щим осмотром поверхностей реза по всей площади с помощью лу­пы пятикратного увеличения. Ширина реза не должна превышать диаметра контролируемых электродов и не должна быть более 3 мм, а параметры шероховатости поверхностей реза не должны быть более Rz=40 мкм по ГОСТ 2789-73.

Проверку сплошности наплавленного металла на наплавочных образцах производят осмотром поверхности наплавки. Предвари­тельно поверхностный слой снимают механическим способом на глубину 1,5 3,0 мм. Для металла с твердостью свыше 42 HRC3 вме­сто снятия производят шлифовку поверхности.

Контролируемые поверхности во всех случаях осматривают с помощью лупы пятикратного увеличения. Достоверность контроля сварочно-технологических свойств электродов, когда использова­ны качественные методы оценки, в значительной степени зависит от квалификации, опыта и добросовестности работников службы контроля.

Контроль химического состава наплавленного металла и меха­нических свойств металла шва. Для проверки химического состава наплавленного металла выполняют восьмислойную наплавку. Для наплавочных электродов высокой твердости (более 42 HRC.,) вы­полняют пятислойную наплавку. Используют пластины номиналь­ным размером 120x80x20 мм. Для электродов диаметром 1,6-4 мм толщина пластин может быть уменьшена до четырехкратной от диаметра электрода.

Пробы для химического анализа отбирают из трех верхних сло­ев восьмислойной или из двух верхних слоев пятислойной наплав­ки. При отборе проб из низлежащих слоев состав наплавленного металла будет отличен от истинного за счет разбавления основным металлом. Отбор проб осуществляют механическими методами (строжкой, фрезерованием, сверлением). Отобранная стружка не должна иметь загрязнений и посторонних включений (например шлака). Стружка должна быть достаточно мелкой, что необходимо для получения достоверных результатов анализа.

Для металла высокой твердости перед отбором пробы произво­дят разупрочняющую термическую обработку. Если такая термооб­работка не дает снижения твердости, достаточного для отбора стружки, то применяют качественный спектральный анализ. Его проводят для подтверждения марочного состава наплавленного ме­талла. Проверяют наличие, отсутствие или ориентировочное содер­жание определяющих легирующих элементов, например, для элек­тродов марки Т-590 бора, хрома, марганца и кремния. При этом из­готовитель должен обеспечить соответствие химического состава наплавленного контролируемыми электродами металла требова­ниям нормативных документов.

Количественный спектральный анализ применяют для металла, наплавленного электродами различного назначения, во всех случа­ях проводя его на верхних слоях наплавок. Нашли распростране­ние методики оперативного рентгеноспектрального анализа, осно­ванные на использовании многоканальных спектрометров, напри­мер типа СРМ-20М, СРМ-25 и других, описанные в гл. 9.

Методики проведения химического и спектрального анализов наплавленного металла устанавливают соответствующие стандар­ты или другая документация с аналогичными требованиями по точности определения.

Газовый состав наплавленного металла контролируют, исполь­зуя специальные методики. Применяют методы химического ана­лиза или вакуум-плавления при высоких температурах на газоана­лизаторах различных конструкций. В качестве приемо-сдаточной характеристики газовый состав наплавленного металла встречается только для некоторых марок электродов.

Нормы химического состава наплавленного металла или содер­жания вредных примесей для стандартных типов электродов были представлены в табл. 6-9, для других электродов их устанавлива­ют соответствующей документацией.

Проверка механических свойств металла шва является одним из самых распространенных видов испытаний. Контролируемыми электродами, предназначенными для сварки сталей, выполняют стыковое сварное соединение двух стальных пластин, размеры каждой из которых представлены в табл. 81.

Возможно применение двух вариантов сборки пластин: А и Б (рис. 145). На практике наиболее распространен вариант Б. Вари-

хтж/

Вариант А

Рис. 145. Конструктивные элементы подготовки кромок под сварку (а) и выполненных швов (б) при проверке механических свойств

ант А применяют обычно для электродов диаметром 6 и 8 мм. В ва­рианте А снизу пластин предварительно привариваю! стальную подкладку сечением 30x10 мм. Вариант Б выполняют с подваркой корня шва.

Возможно выполнение отдельных стыковых сварных соедине­ний для проверки металла шва на ударный изгиб с соответствую­щим уменьшением длины свариваемых пластин.

При проверке электродов для сварки конструкционных сталей пластины и подкладка должны быть из стали марки ВСтЗсп по ГОСТ 380-2005. При проверке электродов для сварки низколеги­рованных, легированных и высоколегированных сталей пластины и подкладка должны быть из стали, для сварки которой предназна­чены электроды контролируемой марки.

Если электроды предназначены для сварки низколегированных, легированных или высоколегированных сталей нескольких марок или для сварки стали, из которой листовой прокат не изготавлива­ется, марка стали пластин и подкладки должна соответствовать указанной в стандарте или технических условиях на электроды контролируемой марки.

Допускается замена пластин и подкладок из низколегирован­ных и легированных сталей пластинами и подкладками из стали марки ВСтЗсп по ГОСТ 380-2005 и пластин и подкладок из высо­колегированных сталей пластинами и подкладками из других ста­лей того же структурного класса при условии предварительной на­плавки контролируемыми электродами подлежащих сварке кромок пластин и поверхности подкладки. Наплавку следует выполнять не менее чем в три слоя до сборки соединения. Наплавленные кромки и поверхность подкладки должны быть подвергнуты механической обработке, после Которой толщина наплавленного слоя должна со­ставлять не менее 2,5 диаметра контролируемых электродов. Для снижения трудоемкости работ при контроле электродов малого ди­аметра возможно применение для наплавки электродов той же марки большего диаметра.

Заложенное в стандарте требование облицовки (предваритель­ной наплавки) кромок при использовании пластин и подкладок иного химического состава обусловлено техническими причинами. Состав металла сварного шва формируется в результате смешива­ния металла, образованного при расплавлении электрода (наплав­ленного металла) и свариваемого (основного) металла. Доля основ­ного металла в шве (или металла предыдущего слоя — в последую-

щем) зависит от режима сварки, диаметра электрода, вида элект­родного покрытия, формы разделки кромок и т. д. Эксперимен­тально установлено, что при наплавке на кромки пластин высоко­легированными электродами аустенитного класса диаметром 4 мм с применением медных формирующих планок доля металла преды­дущего слоя составляет 0,3-0,4. (В зависимости от теплофизичес­ких свойств стали этот диапазон может быть шире). Тогда разбав­ление будет выражено расчетными цифрами (табл. 82).

Из приведенных в таблице данных видно, что наплавка в два слоя недостаточна для сглаживания разницы между высоколегиро­ванным электродным металлом и, например, сталью СтЗ, использу­емой для испытаний электродов общего назначения. При доле уча­стия предыдущего слоя 0,4 для электродов, содержащих 19% Сг, металл второго слоя будет содержать только 15,96% Сг, что недопу­стимо. Согласно вышеприведенным расчетным данным и экспери­ментальным кривым (рис. 146) [109], разбавление не более 3%, ко­торое можно считать приемлемым при проведении испытаний ме­ханических свойств, получают с достаточной точностью, начиная только с четвертого слоя. При контроле химического состава на­плавленного металла, где степень разбавления должна быть соиз­мерима с точностью анализа, стандарт обоснованно предписывает выполнение восьмислойной наплавки.

Подготовку кромок пластин под сварку следует производить механическим способом. Перед сваркой кромки пластин очищают от загрязнений. Сварку выполняют в нижнем положении. Сила то-

ка при сварке должна составлять 85-95% от максимально допусти­мой для электродов контролируемой марки данного диаметра. Каждый электрод следует использовать полностью: длина остаю­щегося огарка не должна превышать 50 мм. Как правило, ширина каждого валика шва не должна быть более четырех диаметров про­веряемых электродов. Направление сварки меняют при каждом очередном проходе. При сварке без подогрева каждый очередной проход-обычно выполняют после охлаждения металла ранее вы­полненной части шва до температуры ниже 250 °С. Конструктив­ные элементы выполненных швов должны соответствовать пока­занным на рис. 145, б.

Наложение подварочного валика в сварных соединениях, вы­полняемых по варианту Б, рационально производить после удале­ния корневой части основного шва механическим способом на глу­бин}7 не менее 2 мм. Это снижает вероятность появления дефектов в виде непроваров и шлаковых включений в шве.

Выполненное стыковое сварное соединение подвергают терми­ческой обработке, если таковая предусмотрена.

Из стыкового сварного соединения для проверки механических свойств металла шва вырезают и изготавливают три образца для

испытания на растяжение типа II и три образца для испытания на ударный изгиб (ударную вязкость) типа VI (Менаже) или IX (Шарпи) по ГОСТ 6996-66 (рис. 147). Тип образцов для испыта­ний на ударный изгиб принимают в соответствии с указаниями стандарта или технических условий на электроды контролируемой марки. Если этой документацией предусмотрены испытания на об­разцах типа IX, изготовитель должен также обеспечить соответст­вие нормам ГОСТ 9467-75 или ГОСТ 10052-75 для образцов ти­па VI, хотя проведение испытаний образцов типа VI не является в этом случае обязательным.

Изготовителям электродов следует иметь в виду, что междуна­родные и зарубежные стандарты (см. гл. 2) содержат нормы только для образцов типа IX, и для перехода к таким нормам необходим набор соответствующих данных но всей номенклатуре выпускае­мой продукции.

Испытания на образцах тина IX являются существенно более жесткими, что проявляется даже при испытаниях при температуре плюс 20 °С. Результаты для ряда распространенных марок электро­дов в одинаковых условиях [110] приведены в табл. 83.

Видно, что швы, выполненные электродами с рутиловым по­крытием, более чувствительны к острому надрезу, чем швы, выпол­ненные основными электродами. Электроды повышенной прочнос­ти (УОТ IИ-13/65) в наибольшей степени чувствительны к виду надреза.

Испытания при пониженных температурах образцов типа IX четко выявляют разницу в свойствах электродов (табл. 84).

Вырезку образцов производят механическим способом в соот­ветствии со схемой, приведенной на рис. 148. Образцы для испыта­ния на растяжение, а также рабочая часть образцов для испытания на ударный изгиб, должны быть изготовлены целиком из металла шва. Для-того чтобы убедиться в соблюдении этого обязательного условия, целесообразно травление торцов заготовок для выявления макроструктуры. Травление производят при комнатной температу-

ре в растворе 30% HN03 для электродов общего назначения и в растворе царской водки — для высоколегированных электродов.

При наличии соответствующих записей в нормативной доку­ментации на конкретную марку электродов до проведения испыта­ний на растяжение и статический изгиб образцы или их заготовки для удаления водорода выдерживают 6-16 ч в электрической печи при температуре 240-260 °С или в течение 24 ч в кипящей воде. Тем самым предотвращают возможность появления так называе­мых водородных флокенов, снижающих результаты испытаний.

Проверка механических свойств металла шва может быть заме­нена проверкой механических свойств наплавленного металла. При этом на пластине из стали марки СтЗсп по ГОСТ 380 2005 размером 350x100x20 мм электродами контролируемой марки вы­полняют предварительную пятислойную наплавку, на поверхность которой электродами проверяемой партии в продольном направле­нии наплавляют слои металла общей толщиной 20-24 мм. Пло­щадь наплавки в верхней части должна быть не менее 330x65 мм.

На выполняемые многослойные наплавки распространяются требования в части указаний по сварке, термической обработки, ко­личества, типов и способов вырезки образцов для испытания меха­нических свойств металла шва. Использование для вырезки образ­цов начального и конечного участков наплавки длиной по 30 мм и продольных краев наплавки шириной по 5 мм не допускается.

Заготовки всех образцов должны быть вырезаны из верхних слоев наплавки без захвата металла предварительной пятислойной наплавки. При этом заготовки образцов для испытания на растяже­ние вырезают вдоль направления наплавки, а заготовки образцов для испытания на ударный изгиб — поперек указанного направле­ния. Поэтому на участке вырезки образцов для испытаний на рас­тяжение ширина наплавки может быть уменьшена до 35 мм.

Следует учитывать, что в связи с разным характером кристал­лизации металла шва в сварном соединении и наплавленного ме­талла при наплавке на плоскость их механические свойства для многих марок электродов могут существенно различаться.

При контроле электродов диаметром менее 3 мм проверка меха­нических свойств металла шва по соответствующей документации может быть заменена проверкой механических свойств сварного соединения, для чего электродами проверяемой партии сваривают две стальные пластины номинальным размером 250x90x3 мм каж­дая. В этом случае материал пластин выбирают таким образом, что­бы обеспечить разрушение образца по металлу шва. Возможно так­же применение пластин толщиной 2 мм.

Сварку пластин производят с двух сторон без разделки кромок. Зазор должен обеспечивать отсутствие непровара. Остальные тре­бования к проведению сварки аналогичны описанным ранее для металла шва.

Для проверки механических свойств сварного соединения из свариваемых пластин вырезают и изготавливают по гри образца для испытания на растяжение типа XIII и для испытания на стати­ческий изгиб - типа XXVIII по ГОСТ 6996 66. Схема вырезки и внешний вид образцов показаны на рис. 149. Вырезку производят механическим способом.

Необходимо строго контролировать размеры и состояние поверх­ности испытуемых образцов. На круглых образцах на растяжение ча­сто бывает неправильно обработана галтель. На плоских образцах на растяжение должны быть скруглены кромки. На ударных образцах особо тщательно контролируют правильность нанесения надреза.

Испытания образцов проводят согласно ГОСТ 6996-66. При выявлении на образцах дефектов металлургического характера

(пор, шлаковых включений и пр.) результаты испытаний дефект­ных образцов признают недействительными. Дефектные образцы заменяют равным количеством годных.

Результаты испытаний определяют как среднее арифметичес­кое, которое заносят в сертификат. На одном из образцов допуска­ются отклонения до 10% от установленных норм. Однако среднее непременно должно отвечать требованиям документации. В про­тивном случае испытания повторяют на удвоенном количестве об­разцов. Результаты повторных испытаний являются окончатель­ными. Нормы показателей механических свойств для стандартизо­ванных электродов были приведены в табл. 6, 7, 8.

Контроль специальных свойств металла шва. Проверку твер­дости наплавленного металла проводят, в основном, при контроле наплавочных электродов. Ее обычно осуществляют на поверхности восьмислойной или пятислойной наплавки, выполненной для про­верки химического состава наплавленного металла, если иное не оговорено документацией на марку электродов. Для изготовления и наплавки образцов применяют углеродистую сталь марки ВСтЗсп по ГОСТ 380-2005. Наложение слоев производят в нижнем положении одним валиком по ширине наплавки. Направление каж­дого слоя чередуют. Производят тщательную межслойную очистку валиков от шлака и брызг. Для улучшения качества формирования наплавки часто используют медные ограничительные планки.

Условия наложения слоев, включая межслойное и заключи­тельное охлаждение, зависит от свойств конкретных марок элект­

родов. Следует учитывать, что твердость наплавленного металла может существенно изменяться в зависимости от условий испыта­ний. Эти условия, а также режимы термической обработки наплав­ленных образцов, устанавливают в документации на электроды.

После наплавки и термообработки (при необходимости) по­верхность образца шлифуют па глубину не более 1 мм. Последую­щую доводку производят наждачной шкуркой. Необходима доста­точная чистота поверхности для обеспечения возможности после­дующего замера диаметра отпечатка. Обратную сторону пластины («подошву») предварительно необходимо профрезеровать для обеспечения устойчивости образца при получении отпечатка.

Замеры твердости выполняют на твердомерах Бринелля по ГОСТ 9012-59 или по Роквелу (ГОСТ 8064-72). В первом случае твердость выражают в условных единицах НВ, во втором HRC3. Все большее применение находят малогабаритные электронные программируемые универсальные твердомеры тина ТЭМП-4. За­меры проводят в трех или пяти точках, достаточно удаленных как друг от друга, так и от края образца. Подсчитанное среднее значе­ние заносят в сертификат. На одном замере допустимо отклонение от установленных норм, но не более чем на 10% от абсолютной ве­личины твердости.

Определение содержания ферритной фазы. Для ряда высоко­легированных электродов обязательной является проверка содер­жания ферритной фазы в наплавленном металле. Обычно такие электроды имеют аустенитную структуру, а содержание ферритной фазы не превосходит 10%. Для вьісоколегироваїшьіх электродов этот показатель весьма важен. При слишком низком содержании феррита возможно образование трещин в сварных швах реальных конструкций. Повышенное содержание ферритной фазы приводит к охрупчиванию сварных швов оборудования, работающего при высоких температурах.

Для электродов диаметром более 2,5 мм содержание ферритной фазы определяют объемным магнитным методом, например на ферритометре марки ФВД-2 конструкции ЦНИИТМАШ или дру­гих, обеспечивающих погрешность измерения ±10% от измеряемо­го значения. Для этого на пластине номинальным размером 160x80x15 мм или из сталей марок СтЗсп по ГОСТ 380-2005 или из стати, для сварки которой предназначены электроды контроли­руемой марки, или из статей 08Х18Н10, 12Х18Н9Т по

ГОСТ 5632-72 выполняют семислойную наплавку it соответствии

со схемой, приведенной на рис. 150. В двух последних случаях количество наплавляемых слоев может быть уменьшено до пяти.

Условия наплавки должны быть строго оговорены, так как от них во многом зависят результаты последующих определений. Длина наплавки должна составлять не менее 150 мм. Наплавку всех слоев производят в одном направлении в нижнем положении на регламентированных документацией токовых режимах. Длина дуги короткая, поперечные колебания электрода при наплавке — минимальны. Ширина отдельного валика не должна превышать 2,5 диаметра электрода. Перед наложением каждого последующего валика ранее наплавленный необходимо охладить до температуры ниже 100 °С. После выполнения последнего валика наплавку ох­лаждают на воздухе.

Из средней части верхних слоев наплавки вырезают два кон­трольных образца длиной 60±1 мм и диаметром 5±0,1 мм. Содер­жание ферритной фазы определяют как среднее арифметическое результатов испытаний обоих образцов. Допустимо отклонение на 10% от норм для одного образца, если среднее отвечает этим нормам.

Для электродов диаметром до 2,5 мм содержание ферритной фа­зы определяют металлографическим методом по ГОСТ 11878-66 на световых микроскопах. Используют восьмислойныс наплавки, выполняемые для определения химического состава наплавленно­го металла. Порядок выполнения наплавки аналогичен вышеизло­женному. Металлографические определения производят в трех верхних слоях наплавки.

В качестве оперативного операционного контроля электродов по замесам возможно определение ферритной фазы точечным ме­тодом. Для этого на пластину из стали марки 08Х18Н10 или

12Х18Н9Т размером 100x60x14 мм электродами каждого контро­лируемого замеса производят трехслойную наплавку. Длина на­плавки 50 60 мм, ширина 15-25 мм; поверхность наплавки шли­фуют. Замеры с помощью ферритометра марки ФЦ-2 конструк­ции ЦНИИТМАІІІ выполняют в пяти точках, равномерно распо­ложенных по поверхности наплавки вне зоны кратеров. Содержа­ние ферритной фазы подсчитывают как среднее арифметическое этих замеров.

При большем опыте параллельного определения содержания ферритной фазы объемным и точечным методом последний может быть принят в качестве приемо-сдаточного. Однако в арбитражных случаях замеры проводят только объемным или металлографичес­ким методом.

Испытания на межкристаллитную коррозию (МКК). Извест­но много видов коррозии. Межкристаллитная коррозия является самым опасным видом коррозионного разрушения. Ей подвержены сварные соединения коррозионностойких высоколегированных сталей, эксплуатирующиеся в агрессивных средах. Стойкость ме­талла швов, выполненных высоколегированными электродами, оп­ределяют по результатам испытаний металла шва по специальным ускоренным методикам (ГОСТ 6032-2003). Стойкость металла шва электродов, нормированных ГОСТ 10052-75, против межкри - сталлитной коррозии гарантируется соблюдением норм стандарта по химическому составу наплавленного металла и закрепленной технологией их изготовления. Испытания на МКК сварных соеди­нений, выполненных электродами, в качестве входного контроля проводят заводы-изготовители сварных конструкций. Для изгото­вителей электродов периодичность таких испытаний устанавлива­ют соответствующими техническими условиями или оговаривают в конкретном заказе.

Для изготовления образцов используют, обычно, пластины из стали 08Х18Н10 или 12Х18Н9Т. Кромки свариваемых пластин разделывают под углом, обваривают в три слоя электродами кон­тролируемой партии. Затем производят сварку пластин. Вырезку образцов рекомендуемого размера 80х20х(3 5) мм производят по­перек шва из верхней его части. Изготавливают по четыре образца, два из которых являются контрольными. Контрольные образцы не проходят коррозионные испытания — они предназначены для оп­ределения реакции металла на изгиб без воздействия среды. Образ­цы шлифуют, их поверхность полируют (Ra не более 0,8 мкм по

ГОСТ 2789-73) и испытывают по специальным методикам, преду­смотренным ГОСТ 6032-2003.

Наиболее распространен метод АМУ — выдержка образцов в кипящем водном растворе сернокислой меди и серной кислоты в присутствии медной стружки в течение 8 ч. Ускоренным по сравне­нию с АМУ (продолжительность испытаний для сталей без молиб­дена 2 ч, для сталей, содержащих молибден, — 3 ч) является метод АМУФ — выдержка образцов при температуре 20-30 °С в водном растворе сернокислой меди, серной кислоты, фтористого натрия или калия в присутствии металлической меди. Эти методы приме­няют для контроля большинства коррозионно-стойких высоколе­гированных электродов. После окончания испытаний образцы про­мывают, просушивают и изгибают под прессом на угол 90±5° (ГОСТ 14019-80). Браковочным признаком является появление трещин специфического вида на границах зерен металла.

Контроль металла шва на межкристаллитную коррозию рацио­нально выполнять периодически в качестве технологического кон­троля стабильности качества электродов.

Электроды, выдержавшие все предусмотренные документацией испытания, упаковывают и направляют на склад готовой продук­ции или непосредственно потребителю.