CC BY
25
ШШШМБОТКА
ARCAL
Преимущества использования продукта ARCAL 1™ (99,998 % Аг) для сварки аустенитных нержавеющих сталей
К. Н. Белугин, В. В. Бисин, ООО «Air Liquide», И. М. Лозинский, ООО «Стройгазконсалтинг»
тм
1. Влияние чистоты газа на сварку
Благодаря своей стойкости к коррозии ау-стенитные нержавеющие стали являются одним из основных материалов во многих отраслях промышленности, например таких, как нефтехимическая, пищевая, транспортное машиностроение и др. Такие сорта стали имеют повышенное содержание основных легирующих элементов — хрома и никеля (обычно не ниже 16 и 7 % соответственно) и пониженное содержание углерода (не более 0,12 %), оказывающее решающее влияние на их стойкость к межкристаллитной коррозии. Благодаря этим свойствам их обычно используют при изготовлении трубопроводов и аппаратов для химической и нефтяной промышленности [1]. Свариваемость таких коррозионно-стойких сталей затрудняется многокомпонентностью легирования металла основы и разнообразными условиями эксплуатации сварных конструкций.
Обычно сварку вольфрамовым электродом в среде инертного газа (TIG) целесообразно использовать при сварке металлов толщиной до 7,0 мм. Если толщина не превышает 1,5 мм, применение других способов дуговой сварки нецелесообразно из-за риска образования прожогов. При аргонодуговой сварке в среде аргона или гелия наблюдается минимальный угар легирующих элементов и повышается стабильность дуги. Для соблюдения требований высокого качества формирования обратного валика, этот способ необходимо применить и при сварке корневых швов в разделках при изготовлении ответственных толстостенных изделий. Для сварки используют постоянный ток прямой полярности.
Сварку аустенитных нержавеющих сталей можно выполнять непрерывно горящей, либо импульсной дугой. Благодаря особенностям теплового воздействия импульсная дуга позволяет уменьшить ширину околошовной зоны и коробление свариваемых деталей, а также сварить металл малой толщины и обеспечить хорошее формирование шва. Особенности кристаллизации металла сварочной ванны способствуют дезориентации структуры, уменьшая вероятность образования горячих трещин. Однако эта же особенность может способствовать
образованию околошовных надрывов. Поддув газом с обратной стороны сварного шва обычно используют для обеспечения антикоррозионных свойств и улучшения формирования корня шва.
Из-за высокой стоимости гелия в качестве газовой защиты при сварке плавящимся электродом в инертных газах (MIG) и аргонодуго-вой сварке (TIG) чаще всего используется аргон. Наиболее вредной примесью в аргоне являются пары воды, которые влияют как на тепло-физические свойства дуги, так и на коррозионные свойства шва. Ее содержание должно быть минимальным. Под действием сварочной дуги влага, содержащаяся в аргоне, диссоциирует, освобождая кислород и водород; эти газы могут быть поглощены титаном, содержащимся в некоторых сталях, и могут сильно увеличить хрупкость сварного шва. Точка росы аргона, применяемого для сварки алюминиевых сплавов, должна быть не выше -60 °С. В связи с этим следует упомянуть, что в силу повышения требований к качеству защитного газа целесообразно строгое соблюдение правил сварки. Это относится и к горелке, и к баллонам с аргоном, и к редукторам, трубопроводам, где может произойти образование конденсата, ведущего к смешению аргона с водяным паром. Чем ниже содержание Н2О в составе защитной среды, тем выше показатель теплопроводности дуги, за счет чего обеспечивается более высокая температура сварочной ванны. Таким образом применение аргона высокой чистоты способствует более полному газовыделению из расплава в зоне сварки, следовательно, снижается вероятность образования пор.
Для гарантированного удаления следов конденсата перед сваркой шланг сварочного аппарата и трубопроводы системы подачи газа следует продуть аргоном в течение нескольких минут. Режим подачи аргона и его количество в горелке должны быть оптимальными и стабильными. Необходимо особо отметить, что увеличение скорости подачи газа зачастую не улучшает, а иногда и ухудшает качество защитной среды. При высоком давлении и большой скорости газа в горелке возникает турбулентный поток, что вызывает смешивание аргона с воздухом в зоне сварки.
№ 4(70)/2012
Сравнение химических составов ARCAL 1т высшего сорта по ГОСТу
и аргона
Показатель ARCAL1™ Аргон высшего сорта [3]
Аргон Аг, % Азот Ы2, % Кислород О2, % Водяные пары Н20, % Точка росы не выше, °С >99,9980 < 0,0010 < 0,0005 < 0,0005 -65 >99,9930 < 0,0050 < 0,0007 < 0,0009 -61
Компания Air Liquide предлагает свой зарегистрированный продукт ARCAL 1ТМ (99,998 % Ar), изготавливаемый по оригинальным ТУ 2114-003-77290008-2011. Содержание примесей в нем существенно меньше, чем в стандартном аргоне высшего сорта (99,993 % Ar) [3] (см. таблицу).
2. Сравнение качества сварки в атмосферах стандартного аргона по ГОСТ и ARCAL 1ТМ
Подтверждением высокого качества аргона, производимого компанией Air Liquide под фирменным названием ARCAL 1ТМ, являются результаты опытной работы по аргонодуговой сварке кольцевых соединений изделия из стали SS204 толщиной 3,0 мм. Эксперимент был проведен сотрудниками ООО «Стройгазконсал-тинг» на базе строящегося объекта КС «Портовая», являющегося частью газопровода «Северный поток».
Аргонодуговая сварка кольцевых соединений проводилась в ручном режиме на источнике КИТин 306 HF с применением присадки из порошковой сварочной проволоки. Использовали аргон высшего сорта по ГОСТ и ARCAL 1ТМ (рис. 1).
a)
При сварке в газовой среде АИСАЬ 1ТМ че-шуйчатость на поверхности валика гладкая и равномерная, так что не было необходимости проводить зачистку околошовной зоны после сварки. Шов получился ровный, без наплывов. Обратное формирование сварного шва происходило так же равномерно, как и на поверхности (рис. 2, а).
При сварке с использованием аргона высшего сорта по ГОСТ со стороны корня шва образовались окалины и наплывы (рис. 2, б), что значительно снижает ударную вязкость сварного соединения и усложняет задачу зачистки внутренней поверхности сварного шва. Сварной шов при сварке в среде АИСАЬ 1ТМ отличается хорошим формированием корня (без наплывов) и меньшим образованием окалины.
Как показал эксперимент, по сравнению со стандартным аргоном при сварке с использованием АИСАЬ 1ТМ получаются сварные соединения более высокого качества. В результате проведенных опытных работ по аргонодуговой сварке кольцевых соединений сделаны следующие выводы:
• формирование сварного шва при использовании газа АИСАЬ 1ТМ лучше чем при использовании аргона высшего сорта по ГОСТ;
• при использовании газа АИСАЬ 1ТМ можно выполнять сварку на более высокой скорости, чем в среде аргона высокой чистоты;
• ширина зоны отпуска (наличие цветов побежалости) при использовании газа АИСАЬ 1ТМ значительно меньше, чем при применении аргона высшего сорта по ГОСТ.
• при сварке в газовой среде АИСАЬ 1ТМ практически не образуется окалина на поверхности валика, сварочный шов получает-
б)
Рис. 1. Внешний вид кольцевых соединений из стали 88204 после аргонодуговой сварки: а — шов, выполненный с применением газа АИСАЬ 1ТМ, без зачистки; б — шов, выполненный с применением аргона высокой чистоты, после зачистки
№ 4(70)/2012
и
ЕТАЛЛООБРАБОТКЛ
а)
б)
Рис. 2. Формирование корня сварного шва: а — с использованием газа АИСАЬ 1ТМ; б — с применением аргона высшего сорта по ГОСТ
ся с меньшей чешуичатостью, чем при сварке в среде аргона высшего сорта по ГОСТ, что значительно уменьшает трудоемкость зачист-ных работ.
3. Преимущества баллонов компании Air Liquide перед баллонами российского производства
Как было отмечено выше, проведение работ с применением аргона высокой чистоты требует повышенного внимания к состоянию используемой тары (баллонов). Отечественный баллон обычно имеет кислородный вентиль серии ВК, опорный башмак, кольцо горловины, служащей основой для предохранительного колпака. Параметры стандартного баллона: объем — 40 л, давление — 14,5 МПа, высота — 1370 мм, диаметр — 219 мм, вес — 70-75 кг [4].
На промышленных производствах нередко используются баллоны, срок службы которых истек (50-60 лет вместо 40 положенных). Иногда имеет место нарушение технологии подготовки баллонов, переосвидетельствование и клеймение без необходимого испытания баллонов, что может привести к печальным последствиям во время наполнения или эксплуатации баллонов. По статистике, в год в России взрывается около 30 баллонов, в том числе 25 промышленных 40-литровых баллонов.
Повышенную опасность представляют баллоны, используемые без остаточного давления даже незначительное время. Попавшая внутрь влага значительно ускоряет процесс коррозии, в результате чего утончается стенка баллона, увеличивая риск разрыва сосуда. Без применения специальных мер подготовки
качество продукта в таких баллонах не соответствует нормам. Это было убедительно доказано в ходе эксперимента «Определение степени влияния внутренней среды баллона на качество двуокиси углерода», который провело ФГУП «НИИ метрологии им. Д. И. Менделеева» (Санкт-Петербург). В три углекис-лотных баллона от разных поставщиков была заправлена двуокись углерода высшего сорта. В результате проверки после наполнения точка росы двуокиси углерода в баллонах без остаточного давления повысилась с -65 до -35 °С, а количество примесей азота увеличилось в 8 раз (с 0,005 до 0,04 %). Для гарантии получения в баллонах с двуокисью углерода необходимого качества точки росы (-48 °С по [5]) перед наполнением баллонов требуется выполнить трудоемкую промывку и термо-вакуумную подготовку.
Взамен традиционных российских баллонов компания Air Liquide предлагает облегченные баллоны европейского производства, выполненные из легированной стали, имеющие больший объем (50 л) и выдерживающие давление до 19,6 МПа. В результате объем газа, заправленного в такой баллон, почти в два раза выше, чем помещается в российский баллон. Предлагаемые импортные баллоны позволяют значительно сократить расходы на логистику и увеличить производительность работы предприятия. Наряду с этим используемые в европейских баллонах ноу-хау позволяют пользователям не только устранить проблемы с остаточным давлением в баллонах, но и сэкономить до 20 % средств на закупку газов. Данными ноу-хау владеет компания Air Liquide, которая предлагает свои фирменные баллоны с вентилем SMARTOP™
№ 4 (70)/2012
и защитным колпаком. Верхняя часть такого баллона изображена на рис. 3.
Отличительными особенностями предлагаемых баллонов компании Air Liquide являются:
• рычажный механизм, обеспечивающий точную фиксацию рычага переключения «открыто/закрыто», наглядное обозначение, открыт баллон или закрыт, даже издалека;
• встроенный индикатор давления, позволяющий визуально контролировать давление без подсоединения внешнего манометра или редуктора;
• встроенный ограничитель потока газа обеспечивает защиту в случае повреждения на линии подачи газа, а значит, исключаются утечки и потери газа;
• установленный клапан остаточного давления газа предотвращает возможное попадание воздуха извне и загрязнение газа в баллоне.
• амортизирующий колпак SCANDINA™ защищает вентиль от ударов и повреждения, что повышает безопасность при перевозке, обслуживании и непосредственно в процессе работы;
• колпак SCANDINA™ облегчает повседневную работу с баллоном и его перемещение;
• разъем для подключения редуктора имеет стандартную резьбу G 3/4", т. е. адаптирован под российские редукторы.
Группа компаний Air Liquide поставляет технические газы высокого качества в европейских баллонах под торговой маркой ARCALTM. ООО Air Liquide сдает свои баллоны в аренду и гарантирует постоянный контроль собственного баллонного парка. Как правило, аренда не только более дешевое решение для большинства организаций, но и более практичное и безопасное. Арендаторам баллонов нет необходимости выполнять все технические предписания по их освидетельствованию и техническому содержанию. Для обеспечения технологического процесса в этом случае потребителям достаточно просто купить газ в баллонах, которые уже соответствуют всем нормативным требованиям безопасности.
4. Выводы
Качество сварного соединения напрямую зависит от профессионализма сварщика и технического состояния оборудования. Нельзя забывать и о качестве самого газа. Косвенной причиной низкого качества газа, а следовательно, и сварного шва, является устаревший парк баллонов для газов. На производстве изделий из нержавеющих сталей не может быть незна-
Рис. 3. Вентиль SMARTOP™ и защитный колпак: 1 — рычаг откр./закр.; 2 — разъем для подключения редуктора; 3 — встроенный индикатор давления; 4 — встроенный ограничитель потока газа; 5 — установленный клапан остаточного давления; 6 — амортизирующий колпак SCANDINA
чительных деталей в отношении используемого газа и применяемой тары. Решение проблем сварки по отдельности не всегда может гарантировать необходимый результат. Только использование защитного газа ARCAL 1ТМ в сочетании со специальными баллонами компании Air Liquide поможет комплексно обеспечить превосходное качество сварки при меньших затратах, исключить риск образования брака при сварке, повысить безопасность и производительность работы сварщика
Литература
1. Кононенко В. Я. Сварка в среде защитных газов плавящимся и неплавящимся электродом. Киев, 2007.
2. BusinesStat. Комплексный анализ маркетинговых данных.
3. Аргон газообразный и жидкий. Технические условия: ГОСТ 10157-79. URL: http://www.gosthelp.ru/ gost/gost5240.html.
4. Баллоны стальные малого и среднего объема для газов на Рр < 19,6 МПа (200 кгс/см кв.). Технические условия: ГОСТ 949-73. URL: http://www.gosthelp.ru/ gost/gost8329.html.
5. Двуокись углерода газообразная и жидкая. Технические условия: ГОСТ 8050-85. URL: http://vsegost. com/Catalog/41/4114.shtml.
Наши контакты: ООО Air Liquide
109147, Москва, ул. Воронцовская, 17. Тел.: +7 (495) 641 28 98 Факс: +7 (495) 641 28 91 www.airliquide.com
150
№ 4(70)/2012
