ПРОИЗВОДСТВО ЭЛЕКТРОДОВ ДЛЯ РУЧНОЙ СВАРКИ

Сведения из истории производства покрытых металлических электродов в СССР

В России ручная электродуговая сварка впервые была промыш­ленно использована в качестве ремонтной технологии в 1905 г. для судов, поврежденных во время русско-японской войны. До 20-х го­дов XX в. применение дуговой сварки было ограничено. Для свар­ки использовали голые стальные электроды (стержни без какого - либо покрытия на поверхности). Такими электродами можно было сваривать только малоответственныс конструкции из углеродис­тых сталей.

Централизованное производство электродов отсутствовало, по­этому заводы, применявшие дуговую сварку, делали их сами. Ис­пользовали мягкую стальную проволоку диаметром 2-6 мм. При­годность ее определяли в процессе сварки: требовалось мягкое плавление электрода, спокойное горение дути и глубокий провар свариваемого металла. Проволоку резали на прутки произвольной длины (обычно 400 мм), выправляли, и на этом цикл производства электродов заканчивался.

В 20-х годах XX в. распространение получили электроды с тон­кими (ионизирующими) покрытиями. Сварку такими электродами применяли, главным образом, для ремонтных работ и изготовления простых изделий. Электроды делали кустарно и в малых количест­вах. Пионерами электродного производства на территории бывше­го Советского Союза следует считать Харьковские паровозные ма­стерские, Днепропетровский металлургический завод им. Г. И. Пе­тровского, Белорецкий завод.

Для ионизирующей обмазки применяли тонкоизмельченный мел. Мел размешивали в воде, содержащей 25-30 об.% жидкого стекла, получая пасту. Пруток проволоки обмакивали в такую пасту, покрывая его тонким слоем обмазки. Отношение массы покрытия к общей массе электрода не превышало 1-2%. После просушки покры­тие обладало достаточной прочностью. Стабильность горения дуги при сварке была вполне удовлетворительной. В то же время малое количество покрытия на электроде не влияло на изменение физико­химических свойств металла шва, качество которого не намного пре­вышало свойства швов, полученных при сварке голой проволокой.

Первые крупные сварочные работы в бывшем СССР были вы­полнены в 1920-1921 гг. на Дальзаводе во Владивостоке под руко­водством профессора В. П. Вологдина. Там же в 1928 г. при строи­тельстве моста была изготовлена сварная мостовая балка с проле­том 25 м. В Харьковских паровозных мастерских, где сварку нача­ли применять с 1925 г., было налажено производство электродов. Их изготовлением занималась бригада из трех слесарей. Количест­во изготовляемых электродов покрывало потребность паровозных мастерских и ряда других предприятий.

Днепропетровский металлургический завод им. Г. И. Петров­ского освоил выпуск покрытых сварочных электродов в 1928 г. Сначала электроды выпускали только для собственных нуждгнозд - нес — и для других предприятий. В 1930 г. завод изготовил 160 т покрытых электродов, в 1931 г. — 2000 т, в 1932 г. — 4000 т.

В 1932 г. началось производство электродов на Днепропетров­ском заводе им. К. Либкнехта. Всего в стране в то время выпуска­лось 13 тыс. т электродов. Такое количество покрывало лишь часть общесоюзной потребности. Поэтому многие заводы в полукустар­ных мастерских производили электроды невысокого качества для собственных нужд. Расширение объема применения дуговой свар­ки и возможность ее использования для производства ответствен­ных конструкций стали реальностью только с разработкой и орга­низацией выпуска толстопокрытых электродов. Как уже отмеча­лось, именно такие электроды выпускают и в настоящее время.

Реализация специальных постановлений Совета Труда и Обо­роны (1929-1932 гг.) обеспечила создание материально-техничес­кой базы производства сварочного оборудования и материалов. В частности, при акционерном обществе Оргаметалл было организо­вано подразделение по внедрению сварки, которое к 1936-1937 гг. развилось в Сварочный комбинат. В составе комбината в Москве был создан первый отечественный электродный завод (ныне Гра - фитЭл МЭЗ). Сварочный комбинат Оргаметалла и ряд исследо­вательских организаций страны занимались разработкой покрытых электродов и оборудования для их производства.

Усилиями отечественных исследователей были разработаны толстопокрытые электроды — наиболее крупное достижение тех­ники дуговой сварки 30-х годов. Первые такие электроды марки ЛИМ были разработаны в 1932 г. Ленинградским институтом ме­таллов (Н. М. Никитиных, А. П. Горячев и др.). Позже, в 1934 г., покрытые электроды были разработаны Опытным заводом Всесо­юзного электротехнического треста (марка ВЭТ-26), Сварочным комбинатом Оргаметалла (марки ОММ-1, ОММ-2). Эти электро­ды предназначались для сварки конструкционных сталей.

В последующие довоенные годы в стране было создано доста­точно много марок электродов с различными покрытиями. Среди них необходимо выделить электроды марок ОММ-3, ОММ-5, ОМА-2, серию электродов УОНИ-13. Целый ряд из созданных в тот период электродов, в частности уникальная серия У ОНИ-13 и марка ОМА-2 (разработчик — Е. В. Соколов, Оргаметалл), успеш­но применяются и в наши дни для сварки ответственных конструк­ций. Для обмена накопленным опытом и определения путей даль­нейшего развития электродного дела в феврале 1939 г. в Москве была проведена Всесоюзная конференция по электродам.

Если в вопросах разработки электродов был достигнут значи­тельный успех, то промышленное изготовление электродов сущест­венно отставало от потребностей. Их производство оставалось кус­тарным. Централизованный выпуск электродов в 1933 г. составлял 19 тыс. т (9 тыс. т в Белорецке и 10 тыс. т в Днепропетровске). К 1935 г. выпуск электродов существенно возрос — до 32 тыс. т, а в 1938 г. составил 42,7 тыс. т. Однако только 20% этого объема при­ходилось на толстопокрытые электроды. Переход к электродам с качественной обмазкой (толстопокрытым) взамен голых или тон - кообмазанных знаменовал собой поднятие сварочной техники на более высокий технический уровень, так как радикально улучша­лось качество сварных соединений. Дальнейший рост выпуска эле­ктродов тормозила применяемая в те годы технология их изготов­ления методом ручного окунания (погружения).

При изготовлении электродов таким методом электродный стер­жень опускают в полужидкую обмазочную массу и равномерно, медленно, в строго вертикальном положении вытягивают наружу. Скорость извлечения стержня из обмазочной массы должна обеспе­чивать равномерное распределение покрытия по его длине. Приме­няли два способа — индивидуальный и групповой (рамочный).

При индивидуальном способе обычно обмазывали одновремен­но два электрода. В зависимости от толщины покрытия, густоты и свойств обмазочных масс покрытие наносили в один или два слоя. В последнем случае после первого погружения электроды подвер­гали промежуточной воздушной сушке.

При групповом способе применяли простейшие приспособления. Стержни раскатывали на рифленой доске, их концы закрепляли за­жимами, затем стержни погружали в обмазочную массу (рис. 1). По­сле нанесения покрытия электроды устанавливали в специальные стеллажи на 8-16 ч для просушки, а затем прокаливали в течение

Рис. 1. Схема произ­водства электродов методом окунания:

1 — поршень;

2 — площадка гидравлического подъемника; 3 — ванна;

4 — подвесная кошка;

5 — наборнаярамка с электродными стержнями;

6 — монорельс;

7 — трехходовой кран,

8 — электродвигатель;

9 — шестеренчатый насос; 10 — масляный бак; 11 — гидравли­ческий подъемник

45-90 мин в электрических печах. В зависимости от квалификации рабочих, размера производственных площадей и прочих факторов применяли групповой или индивидуальный способ.

Производительность метода ручного окунания и качество изго­товляемых таким методом электродов уже не отвечали возросшим к тому времени требованиям промышленности. Новые технические возможности открыл механизированный способ нанесения покры­тия опрессовкой под давлением на специальных прессах. Такие прессы были созданы в 1920-1930 гг. в разных странах. Первые руч­ные прессы конструкции Ф. Вертмана с зубчатой передачей (рис. 2) появились в Германии и Швейцарии. Их производительность до­стигала 50 электродов в минуту. Оригинальный способ и установку для непрерывного нанесения покрытия (рис. 3) предложил француз Р. Саразен в 1935 г. Проволока сматывалась с бухты при ее враще­нии, проходила правку в роликах, направлялась в экструзионный пресс для нанесения покрытия, после чего разрезалась на отдельные штучные электроды и транспортером подавалась на сушку. Инте­ресно отметить, что работающий по такому принципу агрегат рос­сийского производства до недавнего времени эксплуатировали на электродном предприятии в пос. Судиславль Костромской обл.

Первой отечествен­ной машиной, изготов­ленной для электродной промышленности, явил­ся горизонтальный пресс, разработанный Свароч­ным комбинатом іреста Оргаметалл.

Из достижений в об­ласти электродов в пред­военные годы, кроме от­меченных ранее, следует выделить также разра­ботку первых отечест­венных электродов для сварки высоколегиро­ванных сталей (К. Г. Ни­колаев, И. Л. Тукацин - ский), создание способов механизированной дуго­вой сварки покрытыми электродами. К послед­ним относят сварку на­клонным электродом (А. А. Силин, Д. П. Лу - негов) и сварку лежачим электродом с эксцент­ричным (неравномер­ным) слоем покрытия.

В годы Великой Оте­чественной войны в тя­желейших условиях уче­ные и инженеры-свар­щики выполняли важ­ные для военной промы­шленности работы по замене дефицитных ма­териалов электродных покрытий и созданию новых марок электро-

дов. Эти работы проводили в ряде институтов и заводских лабора­торий. В качестве заменителя пищевых компонентов (крахмала и муки) была предложена древесная мука; полевой шпат в электро­дах С)ММ 5 был заменен гранитом. Были созданы электроды для восстановительной наплавки изношенных штампов. На Уралмашс на основе модернизации электродов У ОНИ-13 были созданы электроды марки К 5А, применяющиеся и в наши дни. Появились электроды для холодной сварки чугуна, представляющие собой медный стержень диаметром 3-5 мм, обернутый полоской жести, с нанесенным сверху тонким слоем покрытия.

В послевоенные годы необходимость применения ручной дуго­вой сварки неуклонно возрастала, что требовало и роста объемов и номенклатуры выпуска электродов. В системе Министерства путей сообщения был создан Опытно-сварочный завод, специализиро­ванный на разработке и выпуске электродов для сварки конструк­ционных сталей с особыми требованиями, легированных и высоко­легированных сталей, чугуна, цветных металлов, для наплавочных работ, успешно функционировавший вплоть до конца XX в.

В середине XX в. советскими учеными были проведены фунда­ментальные исследования по теории сварочных процессов приме­нительно к ручной дуговой сварке (А. А. Алов, А. А. Ерохин, К. В. Любавский, А. Г. Мазель, Г. JI. Петров, И. К. Походня и др.), послужившие основой для создания гаммы промышленных элект­родов различного назначения. Электроды разрабатывали в таких крупных исследовательских центрах, как ЦНИИТМАШ, ИЭС им. Е. О. Патона, НИАТ, ЦНИИ КМ «Прометей», ВНИИСТ, ВНИИМСС, на Московском опытном сварочном заводе и ряде других организаций.

Было создано много марок электродов разнообразного назначе­ния. Однако до конца пятидесятых годов XX в. основной объем электродов выпускали мелкие электродные заводы, цеха и мастер­ские. Требовалась организация централизованного производства и распределения электродов в масштабе всей страны. В те годы это было оправдано.

Централизация началась по специальному постановлению Со­вета Министров СССР от 21 сентября 1956 г. №1322 «Об организа­ции централизованного производства электросварочных электро­дов». Потребовался пересмотр номенклатуры существовавших эле­ктродов, создание более металлургически и гигиенически совер­шенных их марок, технологичных в условиях поточного производ­ства с высокой степенью механизации. Разработанные в 1960-е го­ды XX в. рутиловые электроды марок МР-3, ОЗС-4, АНО-4 и в настоящее время занимают видное место в объеме выпуска элект­родов общего назначения, хотя и требуют модернизации. Было со­здано специализированное оборудование для производства элект­родов, спроектированы и сооружены цехи большой мощности: 10, 25 и 60 тыс. т электродов в год. Была разработана технология про­изводства электродов методом опрессовки в непрерывном потоке.

В результате проведенных работ выпуск электродов в 1969 г. превысил 500 тыс. т, а в 1990 г. составил 677 600 т.

Электроды выпускали большей частью в крупных высокомеха­низированных цехах мощностью 10 тыс. т электродов в год и более. Особое место занимали цехи мощностью 25 и 60 тыс. т электродов в год Одесского, Череповецкого и Орловского сталепрокатных за­водов, Сулинского металлургического и Днепропетровского метиз­ного заводов. Эти цехи были специализированы на выпуск элект­родов общего назначения, т. е. предназначенных для сварки углеро­дистых сталей. Номенклатура электродов ограничивалась одной - четырьмя марками двух-трех диаметров. На основных технологи­ческих операциях были применены поточно-автоматизированные линии. Именно за счет крупноспециализированного производства в те годы удовлетворялась подавляющая часть потребности в элек­тродах общего назначения. Ведущее место в суммарном объеме производства сварочных электродов занимали заводы Министерст­ва черной металлургии.

Хуже обстояло дело с производством специальных и особо точ­ных электродов для сварки разнообразных марок сталей и сплавов, применяемых в химической промышленности, производстве мине­ральных удобрений, энергетике, металлургии, машиностроении, для изделий из чугуна, цветных металлов, для восстановительной и изготовительной наплавки. Их централизованное производство в широкой номенклатуре для удовлетворения нужд различных от­раслей народного хозяйства осуществлял практически один Мос­ковский опытный сварочный завод — в те годы базовое предприя­тие страны по созданию и производству спецэлектродов. Ограни­ченный выпуск таких электродов для собственных нужд был рас­средоточен по предприятиям различных ведомств.

По уровню разработок и свойствам наплавленного металла оте­чественные электроды в достаточной мере отвечают современным техническим требованиям. По сварочно-технологическим свойст­

вам промышленных электродов, точности изготовления и внешне­му виду необходимо доведение их до лучших показателей. И в пер­вую очередь это относится к сварочно-технологическим свойствам электродов, совершенствование которых требует кропотливых ква­лифицированных исследований.

Главными показателями, определяющими возможность и пер­спективы применения электродов, являются показатели их качест­ва, во многом зависящие от квалификации и добросовестности ра­ботников электродного производства. Продукцию, выпускаемую одним электродчиком, потребляют несколько десятков работников других специальностей и в первую очередь сварщиков. Очевидно, что потребитель вправе требовать электроды стабильно высокого качества по доступным ценам.