ПРОИЗВОДСТВО ЭЛЕКТРОДОВ ДЛЯ РУЧНОЙ СВАРКИ

Роль и значение электродов в сварочном производстве

Способность металлов свариваться человек открыл давно. Еще в древности применяли кузнечную сварку, при которой соединяемые части подвергали общему нагреву без расплавления, а затем совмест­ной проковке. Сварочное ремесло развивалось медленно, принципи­ально новый этап в развитии сварки как процесса начался в XIX в.

В 1802 г. профессором физики Медико-хирургической акаде­мии в Санкт-Петербурге Василием Владимировичем Петровым (1761-1834 гг.) было открыто явление электрического разряда в газах — электрической дуги. В книге В. В. Петрова, изданной в 1803 г., содержались посылки на возможность использования дуго­вого разряда для сварки плавлением. Создание промышленного способа электрической дуговой сварки металлов связано с имена­ми российских изобретателей Николая Николаевича Бенардоса и Николая Гавриловича Славянова. Талантливый ученый и инженер

Н. Н. Бенардос (1842-1905 гг.) предложил и практически осущест­вил в 1881 г. электродуговую сварку металлов угольным электро­дом с использованием электрической дуги — самого концентриро­ванного источника локального нагрева из известных в то время. Такой способ сварки был назван им «электрогефестом» — в честь древнегреческого бога-кузнеца.

Большое промышленное значение изобретения Н. Н. Бенардоса было быстро оценено современниками. В 1892 г. он был удостоен высшей награды Русского технического общества — Золотой меда­ли, в 1899 г. получил звание Почетного инженера-электрика. Изобретенный им способ дуговой сварки, при котором электрическая ду­га возбуждалась между свариваемым изделием и угольным электро­дом, уже в 1887-1888 гг. применяли в различных городах России.

Сварку производили на заводе Гужона (ныне металлургический за­вод «Серп и Молот») в Москве, в мастерских компании «Электро - гефест», принадлежавшей изобретателю и его финансовым компа­ньонам, в Санкт-Петербурге, на Коломенском машиностроительном заводе в Голутвине (Московская обл.) и в ряде других мест.

Во многих странах мира также началось практическое использо­вание электросварки.

Существенное усовершенствование в электросварку внес дру­гой российский изобретатель, инженер-металлург Н. Г. Славянов (1854-1897 гг.). Он заменил угольный электрод, применение кото­рого приводило к пористости металла шва и высокому содержанию в нем углерода, на металлический. Расплавляясь, металлический электрод поступал в ванну в виде дополнительного присадочного металла. Процесс, названный Н. Г. Славяновым «электрическая от­ливка металлов» и запатентованный автором в 1890-1891 гг. в ряде стран (России, Англии, Германии, Франции и др.), стали широко использовать в промышленности. Этот способ в присутствии госу­дарственной комиссии впервые был испытан 18 октября 1888 г., и эту дату можно считать днем рождения российской электросварки. Сварку по методу Н. Г. Славянова производили под шлакообразу­ющим покрытием, создаваемым путем введения в сварочную ванну битого стекла. Н. Г. Славянов рекомендовал и металлургическую обработку ванны расплавленного металла путем введения в нее ферросплавов, в первую очередь, ферромарганца [1, 2].

В 1905 г. шведский инженер О. Кьельберг предложил наносить на электроды слой покрытия из различных веществ, повышающих стабильность горения дуги. Такие покрытия улучшили защиту зо­ны сварки, что, в свою очередь, повысило качество швов. Англий­ский химик А. Строменгер предложил использовать стальные стержни с оплеткой из синего асбеста, содержащего соединение же­леза, которыми уже в 1911 г. в Лондоне начали ремонтировать трам­ваи и суда. Э. Джонс в 1914 г. предложил покрытие, состоящее из трех частей измельченного шлака и одной части известкового ила, замешиваемое на силикате натрия и напрессовываемое на стержень под давлением. В 1916 г. американские инженеры О. Андрус и Д. Стресау изобрели электрод, стержень которого был обернут полос­кой бумаги, приклеенной конторским клеем (жидким натриевым стеклом). При сгорании бумаги образовывались газ и дым, улуч­шавшие защиту зоны сварки. Присутствие в дуговом разряде ионов натрия повышало стабильность горения дуги. Такой электрод явил - ся прообразом современных электродов с целлюлозным покрытием. Это и другие технические усовершенствования привели к появле­нию в тридцатых годах XX в. на мировом промышленном рынке «толстопокрытых» электродов, к которым относятся подавляющее большинство марок, выпускаемых в настоящее время.

С тех пор ручная дуговая сварка покрытыми электродами явля­ется ведущим способом сварки плавлением, хотя в последние годы ее заметно потеснили механизированные способы сварки. Прогресс дуговой сварки обусловлен главным образом совершенствованием сварочных электродов.

Хронология разработки электродов для дуговой сварки в основ­ном по версии историка сварки А. Н.Корниенко (ИЭС им. Е. О. Па - тона НАН Украины) [3]:

1881 г. — пучок электродов с центральным неплавящимся (угольным) электродом (Н. Н. Бенардос, Россия);

1888 г. — металлический плавящийся электрод без покрытия (Н. Г. Славянов, Россия);

1905 г. электрод с обмазкой — известь, силикат натрия (О. Кьельберг, фирма ЭСАБ, Швеция);

1905 г. — нанесение покрытия окунанием электрода в раствор силиката натрия (О. Кьельберг);

1909 г. — электрод с оплеткой из асбеста, закрепляемого силика­том натрия (А. Строменгер, фирма «Квази-арк-велдинг», Велико­британия);

1911 г. — пучок металлических покрытых электродов (А. Стро­менгер);

1914 г. — покрытие из шлака и известкового ила (Э. Г.Джонс, Великобритания);

1915-1920 гг. — стержень с покрытием из ржавчины и извести (рабочие-сварщики США);

1916 г. — стержень, обернутый бумажной лентой с силикатом натрия (О. Андрус и Д. Стресау, фирма «А. О. Смит», США);

1917 г. — стержень из никелированной проволоки с оплеткой из белого асбеста с покрытием из извести, плавикового шпата и сили­ката натрия — основное покрытие (Э. Г. Джонс);

1917 г. — покрытие из оксида титана с силикатом натрия — ру- тиловый электрод (фирма «А. О. Смит»);

1918 г. — покрытие с плавиковым шпатом;

1920 г. — покрытие с железным порошком (фирма «Электрик велдер», г. Глазго, Великобритания);

1920 г. — механизация нанесения покрытия (фирма «Квазиарк- велдинг»);

1921 г. — ручной пресс для напрессовки покрытия (Ф. Вертман, фирма «Атель», Швейцария);

1922 г. — пресс для выдавливания покрытия (фирма «Эллой велдинг продактс», США);

1924 г. — поточная линия по производству покрытых электро­дов (Р. Мауч, завод «Аркос», Бельгия);

1924 г. — сдвоенный электрод полукруглого сечения с изолиро­ванными токоподводами (Ж. Бетено, Франция);

1924 г. — целлюлозное покрытие с силикатом натрия (Дж. Дж. Чайл, фирма «А. О. «Смит»);

1924 г. — нанесение покрытия методом опрессовки (Дж. Дж. Чайл);

1925 г. — стержень из низкоуглеродистой стали с асбестом и феррохромом для сварки коррозионностойких сталей (фирма «Эл­лой велдинг продактс»);

1926 г. — покрытие из оксида железа, марганца, кремния и гра­фита — «экзотермический электрод для сварки чугуна, кислое по­крытие» (Ф. Вертман);

1927 г. — покрытие с окалиной (фирма «А. О. Смит»);

1927 г. — покрытие из целлюлозной муки, ферромарганца, окси­да титана с силикатом — электрод Е6010 (Дж. Дж. Чайл);

1928 г. — покрытие с содержанием железного порошка более 50% (В. Виллиген и Моерман, фирма «Филипс», Нидерланды);

1928 г. — электродное покрытие с оксидом титана и плавиковым шпатом для коррозионностойких сталей (Дж. Дж. Чайл);

1930 г. — электроды с основным покрытием с добавкой графита для сварки чугуна (фирма «С. А. Энерджи», Бельгия);

1930 г. — электродное покрытие на минеральной основе типа М-20, М-60 и М-70 (Дж. Дж. Чайл);

1931 г. — покрытие из феррохрома и кремниевой кислоты с алюминием, кремнием и марганцем («термитный» электрод, фирма «Атель»);

1931 г. — покрытие из ферромолибдена и кальция с алюминием, кремнием и марганцем (фирма «Атель»);

1932 г. — покрытие из ильменита (Р. Саразен и В. Белер, Франция);

1932 г. — дегидрированные электроды (Р. Саразен и М. Моней-

рон, Франция);

1932 г. — комбинированный электрод для сварки чугуна из стального, медного и латунного стержней (С. Т. Назаров, СССР);

І934 г. — покрытие марки ВЭТ-26 с оксидами железа, кварце­вым песком, полевым шпатом, мелом, ферромарганцем (М. Д. Ко­жевников, Всесоюзный электротехнический трест, СССР);

1935-1937 гг. — покрытия с ильменитом, оксидами железа, фер­ромарганцем, силикатом, крахмалом (серия ОММ, А. А. Ерохин, М. С. Куликов, К. В. Любавский, Оргаметалл, СССР);

1934 г. — низководородный электрод типа М-21 (Дж. Дж. Чайл);

1935 г. — электроды для сварки различных черных и цветных металлов: хардвелд, тулвелд, стайнвелд, алюминвелд и др. (фирма «Линкольн», США);

1935 г. — стержень звездообразного сечения с волокнистым ма­териалом и пастой (фирма «Томсон-Хьюстон», США);

1935 г. — машина с экструзионным прессом и непрерывной по­дачей проволоки (Р. Саразен);

1936 г. — покрытие из оксида кремния, карбоната магния и гли­нозема (фирма «Вильсон велдер энд метл»);

1936 г. — электроды типа АН с покрытием из титанового кон­центрата, марганцевой руды, поташа и др. для сварки низкоуглеро­дистых и легированных сталей, наплавки изнашивающихся по­верхностей (В. И. Дятлов, ИЭС им. Е. О. Патона, СССР);

1938 г. — рутиловые электроды с целлюлозой;

1938 г. — хромо-никель-молибденовые электроды типа SW-101 для высокопрочных сталей (Дж. Дж. Чайл);

1939 г. — электроды типа УОНИ-13 с фтористокальциевым (основным) покрытием (К. В. Петрань, НИИ №13, СССР)

Современные электроды при надлежащем качестве их изготов­ления и правильном применении позволяют обеспечить надеж­ность сварных швов, удовлетворяющую самым строгим требовани­ям. Их используют, в том числе, при изготовлении и ремонте наи­более ответственных и сложных конструкций и сооружений из раз­личных марок сталей и сплавов.

Трудами ученых и инженеров создан широкий ассортимент спе­циализированных марок электродов. Каждая из них отвечает спе­цифическим требованиям, предъявляемым в различных конкрет­ных случаях. В одной марке технически сочетать такие требования невозможно. Эти электроды позволяют производить сварку не­скольких тысяч марок сталей и сплавов, из которых изготовлено множество изделий, конструкций и сооружений. Поэтому основная задача работников электродных производств — выпуск продукции со стабильно высокими свойствами.