История создания электродов УОНИ-13

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательноеучреждение высшего образования

«Уфимский государственный авиационныйтехнический университет»

Кафедра МиТЛП

ДОКЛАД

На тему:

«История создания электродов УОНИ-13»

Калимуллин А.А.

Уфа-2018

Содержание

Введение

1. Разработка электродов УОНИ-13

2. Рецептура покрытия электродов УОНИ-13

3. Технические характеристики электродов

4. Аналоги электродов УОНИ-13

Список использованных источников

Введение

Профессиональная ручная электродуговая сварка требует применения узкоспециализированных видов электродной продукции для решения специальных задач, связанных с соединением металлов и специальных сталей. Условия возведения современных конструкций как промышленного, так и гражданского строительства требуют применения для сварки высокоэффективных и неприхотливых по своим качествам электродов. Одним из таких универсальных видов электросварочных электродов выступает марка УОНИ 13 и ее модификации, в том числе электроды УОНИ 13/45, 13/55, 13/65, 13/85, 13/НЖ.Аббревиатура УОНИ-13 расшифровывается как универсальная обмазка НИИ-13, цифры после дроби в первых четырех марках означают значение предела прочности наплавленного металла.

Сравнивая с другими, стоящими в массовом производстве электродами, марка УОНИ 13обладает рядом преимуществ, имеющих большое развитие и применение в строительстве. Так, для возведения многоэтажных высотных зданий по монолитно-каркасной технологии большая роль отводится именно железобетонным конструкциям, монтируемым на арматурный каркас непосредственно на строительной площадке. И здесь не обойтись без универсального электрода, отвечающего наиболее важным запросам такого строительства:

- способность применения для конструкций из углеродистых и легированных сталей и сплавов;

- высокая механическая прочность соединительного шва;

- пластичность и вязкость металла сварного соединения;

- возможность работы с неподготовленными поверхностями;

- универсальность пространственного положения наложения шва [1].

1. Разработка электродов УОНИ-13

В феврале 1937 г. по приказу заместителя наркома танковой промышленности, К.В. Петрань был направлен в НИИ-13 и приступил к созданию новых сварочных электродов, предназначенных для обеспечения высокого качества сварки и в первую очередь - для резкого увеличения пластичности и ударной вязкости металла шва.

С 1938 г. работа проводилась по теме Г-13-78 «Разработка рецептур и технологического процесса изготовления высококачественных электродов для дуговой сварки».

Состояние электродного производства на заводах НКВ было чрезвычайно тяжелым, изготавливались на некоторых заводах электроды «ТК». Основной объем производства составляли электроды с меловым покрытием. По данным Кировского завода (Ленинград),считавшегося лучшим производителем этих электродов, металл, наплавленный ими, имел:

В то же время металл, наплавленный электродами с тонким меловым покрытием, обладал очень низкой пластичностью и ударной вязкостью (у_в=343…392 МПа, д₅=2…4%, KCU =98…294 КДж/м2).

Такое положение дела сильно ограничивало применение сварных соединений на заводах НКВ, широко применявших легированные стали.

Данные иностранных предприятий говорили о значительном применении сварки. Советские конструкторы почувствовали преимущества сварных соединений и стали все чаще применять их в своих разработках. Таким образом, перед коллективом, возглавляемым К.В. Петранем, при выполнении темы Г-13-78 ставились задачи не только разработать высококачественные электроды, которые по технологическим свойствам и механическим показателям наплавленного металла могли бы конкурировать с лучшими марками заграничных электродов, но и организовать их производство и реальное применение на заводахНКВ.

Исследованию были подвергнуты 13 марок электродов семи европейских и американских фирм, в том числе:

* германских фирм «Schoch» (3 марки:«Е 37/42», «Еа-150» и «Primus»), «Gutchoffnungshьtte» (марка «GHH»);

* голландской фирмы «Philips» (марка «250»);

* американских фирм «Lincoln» (4 марки: «Flichtweld «9», «Flichtweld«8», «Schield - Arc «85» и «Stainweld») и «Murray» ( марка «Campion «RecdDewil»);

* английской фирмы «MetroWikkers» (марка «Rc»);

* французской фирмы «Sarazin» (2 марки:«Marine 55» и «Marine 60»).

Методика проведения комплексных исследований импортных электродов включала: органолептический анализ (визуально и на ощупь), измерение диаметра стержней, разнотолщинности покрытий, длины электродов и их зачищенной части под электрододержатель, величины прогиба, осмотр с помощью бинокуляра при увеличении 40Ч поверхности покрытий, определение количества слоев в покрытии, наносимом методом окунания, химический анализ металла стержня и наплавленного металла, в некоторых случаях - химический анализ состава покрытия (насодержание оксидов), определение потери веса при прокалке (взвешиванием), разрушаемость обмазки при кипячении, гигроскопичность, возможность восстановления качества путем прокалки после обливания водой, определение механических свойств наплавленного металла, определение сварочно-технологических свойств (особенности горения дуги на постоянном и переменном токе, включая искрообразование, разбрызгивание, наличие защитных газов, состояние и степень открытости ванны (прозрачности шлака) для наблюдения, возможность сварки в различных пространственных положениях, отделяемость шлаковой корки, внешний вид шва и шлаковой корки с наружной и внутренней стороны, наличие открытых пор и трещин в кратере шва.

Сравнительные данные по механическим свойствам и результатам обмера ряда марок электродов представлены в таблице 1.

Лучшим комплексом сварочно-технологических свойств обладали электроды голландской фирмы «Philips» и французской фирмы «Sarazin». В обмазке последних содержалось около 40% СаО, т.е. по современной классификации их можно отнести к электродам с основным типом покрытия, но они не содержали фтористый кальций.

На основании тщательного изучения электродовбыли сформулированы требования.

Разработанные требования были разбиты на 3 группы: к электродным стержням, к обмазке, к наплавленному металлу.

Отметим требования к металлу шва:

* должен быть плотным по всему сечению валика, удельный вес должен быть не ниже 7,80 г/см3;

* предел прочности должен быть в диапазоне 441 - 638 МПа;

* относительное сужение не должно быть ниже 45%;

* ударная вязкость не должна быть ниже 785 КДж/м².

2. Разработка рецептуры обмазки

К.В. Петрань при разработке рецептуры обмазки исходил из условия, что управление системой шлак - металл в процессе ручной сварки невозможно. В силу этого за шлаковую основу рецептуры обмазки была принята система двух компонентов с резко противоположными свойствами: плавикового шпата и извести. Известь была взята не в чистом виде, а в виде углекислого кальция, чтобы СаО получать только при температуре 1000 ?С. Для этой цели был выбран мрамор, как наиболее чистый минерал. Применение мрамора выгодно еще и тем, что разлагаясь он дает обильное выделение углекислого газа, защищающего зону сварки от воздействия окружающего воздуха. Плавиковый шпат, являвшийся самым мощным из известных плавней (флюсов) был применен для придания шлакам необходимой жидкотекучести и способности к кристаллизации в узком интервале температур [2, 3]. Выбранная система выгодна еще и тем, что, меняя соотношение основных компонентов, можно было регулировать плавкость и прочие свойства шлака. В свою очередь наличие фтористого кальция обеспечивает в факеле дуги присутствие свободного фтора, активного элемента, способствующего удалению водорода.

К этой двухкомпонентной системе были добавлены:

* ферромарганец, как активный раскислитель;

* ферротитан, как сильный раскислитель и поглотитель азота, а также способствующий сильному измельчению зерна в литой стали как за счет действия титана, так и за счет находящегося в ферротитане алюминия;

* кварц в чистом виде для связывания FeO.

В первой рецептуре было взято простое соотношение: 50% CaF₂ и 50% Ca₂CO₃ .Затем содержание всех компонентов пересчитывалось, принимая их общую массу за 100%. В качестве стержней использовалась малоуглеродистая проволока. Этот исходный рецепт был опробован путем наплавки валиков на пластину из стали 25Н3 в нижнем положении. Электроды для пробы в количестве 15 шт. были изготовлены методом окунания. В качестве связующего использовалось жидкое натриевое стекло. Допуск по толщине покрытия составлял ± 0,1 мм, температура прокалки - 250є С. электрод углеродистый легированный сплав

При проведении испытаний оценивались:

* стабильность дуги при возможно малой ее длине;

* степень ее искрообразования;

* поведение и вид шлака;

* легкость удаления шлака, особенно по краям шва;

* внешний вид валика.

По результатам испытаний в рецептуру вносились изменения, направленные на устранение недостатков и улучшение сварочно-технологических свойств электродов. Для сопоставимости результатов сварка проб выполнялась постоянно одним и тем же квалифицированным сварщиком.

Первые технологически удовлетворительные результаты были получены при испытании 23-го по счету варианта обмазки. Однако этот вариант при исследовании механических свойств наплавленного металла не был признан удовлетворительным из-за наличия в нем небольшого количества пор.

Вполне удовлетворительные результаты были получены при испытании 57-го по счету варианта обмазки (испытание на длительное хранение электродов не производилось). Далее по рецептуре 57-го варианта была изготовлена партия электродов в количестве 11 кг для проведения заключительных испытаний. Испытания начались с проверки технологических свойств обмазки.

Исследования проводились на постоянном токе с использованием сварочной машины «СУГ-2б». При этом было установлено, что процесс сварки лучше протекает на обратной полярности вне зависимости от марки свариваемой стали. Испытания охватывали стали марок 10, 15, 25, 40, 50Г, 40Л, 37ХНМЛ, 25Н, 30Н4, 25Н3, 30ХН3, ОХМФ, ОХН3М, ЭЯГГ, ЭЖ-2, 25ХСМА, 20ГЦ. По всем требованиям испытания показали удовлетворительные результаты.

Таблица 1 - Химический состав наплавленного металла [2].

Таблица 2 - Механические свойства наплавленного металла[2].

На разработанное покрытие в 1940 г. было получено авторское свидетельство № 65424. Для массового промышленного применения была выпущена «Инструкция по изготовлению и сварке электродами УОНИ-13», в которую были внесены положения по обязательной прокалке электродов при температуре 300 - 350є С в течение 30 минут и контроля их качества кипячением. Инструкция имела закрытое приложение с рецептурой покрытий. В табл. 3 приведена рецептура, использовавшаяся в 1946 г.[2]

Таблица 3 - Рецептура шихты для покрытий электродов УОНИ-13, мас.%

3. Технические характеристики электродов

Сварочные электроды УОНИ 13/55имеют следующие важные параметры:

Покрытие -- основное;

Наплавочный коэффициент -- 9,5 г/а*ч;

Производительность устройства -- 1,4 кг в час;

Расход на килограмм наплавленного металла составляет 1,7 кг;

Временное сопротивление -- 540 МПа;

Предел текучести -- 410 МПа;

Относительное удлинение -- 29%;

Ударная вязкость УОНИ -- 260 Дж/см².

Эти параметры являются основными. Также следует сказать, что химический состав данных электродов достаточно сложный, среди них углерод 0,09%, кремний 0,42% и марганец 0,83%[3].

4. Аналоги УОНИ-13/55

Электроды импортного изготовления представляют собой стержень из электропроводных специальных материалов (металлических или неметаллических). Роль стержня заключается в подаче сварочного тока к различным поверхностям, подлежащим свариванию. Импортные электроды существуют в огромном разнообразии. Современная промышленность выпускает их более 250 наименований, из которых половина относится к электродам для выполнения ручного дугового сваривания.

OK 53.70 -- изделия производства компании «Esab» (Швеция), применяются для сваривания трубопроводов, а также иных ответственных конструкций изготовленных из низколегированных и малоуглеродистых сталей. Обеспечивают высокое качество сваривания корневого прохода с образованием обратного валика. Обладая высокими ударными и механическими свойствами при отрицательных температурах, они с успехом могут применяться на объектах крайнего Севера.

OK 74.70 -- изделия производства компании «Esab» (Швеция), применяются для сваривания высокопрочных низколегированных сталей. Электроды разработаны для сваривания различных конструкций, в том числе трубопроводов.

LB-52 U производства «KobeSteel» (Япония) - электроды для сваривания ответственных конструкций и деталей из углеродистых сталей при временном сопротивлении до 490Мпа. Использование электрода данного типа позволяет получить высокого качества наплавленного металла шва с аккуратным корневым чешуйчатым валиком без наличия дефектов при сваривании с одной стороны соединяемых деталей.

Kessel 5520 Mod производства «Klockner» (Германия) -- электроды для сваривания ответственных конструкций и деталей из низколегированных и углеродистых сталей при временном сопротивлении до 490Мпа. Используются для сваривания труб, при строительстве мостов и сваривания ответственных конструкций.

Phoenix K 50 R Mod производства «BohlerWelding» (Австрия) - электроды обладают хорошими характеристиками сварочного процесса при формировании корневых слоев швов при сваривании трубопроводов. Характерны чистым химическим составом изделий, обеспечивают качественный капельный перенос металла. Электроды разработаны специально для сваривания трубопроводов. [4]

Список использованной литературы

1)[Электронный ресурс] Сварка Гид / URL: http://svarkagid.com/svarochnye-jelektrody-uoni-13-55/ (дата обращения 03.04.18)

2) «Сварочные материалы - 2012» . СПб.: Изд-во Политехн. ун -та, 2012. -ХХХ с.

3)[Электронный ресурс] Cекреты обработки материалов / URL: https://tokar.guru/svarka/elektrody/elektrody-uoni-13-55-tehnicheskie-harakteristiki-i-rasshifrovka.html (дата обращения 03.04.18)

4)[Электронный ресурс] Интернет-справочник / URL: https://weldelec.com/faq/importnye-elektrody/ (дата обращения 03.04.18)

Размещено на Allbest.ru