litceysel.ru
добавить свой файл
1
Статья А.К. Николаева «О проблеме электродных сплавов и электродов контактной сварки» в журнале «РИТМ» № 1, 2009 г, стр. 30-32.



О ПРОБЛЕМЕ ЭЛЕКТРОДНЫХ СПЛАВОВ И

ЭЛЕКТРОДОВ ДЛЯ КОНТАКТНОЙ СВАРКИ


В специализированном машиностроительном журнале «РИТМ» опубликована на редкость тенденциозная статья1, вызвавшая недоумение и искреннее огорчение. В статье авторы якобы открывают технической общественности глаза на чудодейственные бериллийсодержащие электродные сплавы для контактной сварки.


Можно, конечно, не обращать внимания на откровенно рекламное ее содержание, если бы не последствия, которые она может принести в перспективе своими рекомендациями.


Всем профессиональным сварщикам и специалистам по сварочному инструменту хорошо известно, что каждая специфическая группа металлов и сплавов сваривается методом электросопротивления (контактная сварка в том числе) электродами из строго определенных электродных сплавов.


В соответствии с международной классификацией электродные сплавы для контактной сварки делятся на три группы.


К I группе (I классу) относятся сплавы, используемые при сварке легких сплавов. Электродные сплавы этой группы должны обладать электро- и теплопроводностью более 80 — 85% от таковых для стандартной меди. При этом допускается твердость порядка 95 — 100 НВ. Здесь особо оговаривается также ограничение по переносу материала электрода на свариваемую поверхность во избежание образования гальванической пары и, как следствие, повышенной коррозии в месте контакта электрод — деталь.


К электродным сплавам I группы относятся упрочняемые деформацией сплавы БрКд1, МС (С — серебро), дисперсионно твердеющие БрХЦр-А и разработанные сравнительно недавно сплавы БрКдХ и БрЦХМгЦр. Последние сплавы минимум на порядок превосходят по работоспособности остальные в данной группе.

Ко II группе (II классу) относят электродные сплавы, сваривающие в основном тонколистовые малоуглеродистые и низколегированные стали, никель, медноникелевые сплавы, латуни, бронзы, оцинкованную и кадмированную низкоуглеродистую сталь. Здесь, в зависимости от электрических параметров сварки, производственного темпа сварки, интенсивности охлаждения электродов, давления на электроды и еще некоторых параметров сварки и конструкции электродов, используют хромовые (типа БрХ1) и хромоциркониевые бронзы (типа БрХ1Цр), имеющие электро - и теплопроводность не менее 75% от меди и твердость не менее 110 НВ, 120 НВ, 130 НВ, 150 НВ и даже 160 НВ. Твердость зависит от содержания легирующих компонентов в этих бронзах, но главным образом от геометрических размеров и формы электродов, а следовательно, от технологических параметров термической или термомеханической обработки дисперсионно твердеющих сплавов, к числу которых относятся указанные хромсодержащие двойные и тройные бронзы.



К III группе (III классу) относятся электродные сплавы, «успешно справляющиеся» со сваркой нержавеющих и высоколегированных сталей, а также некоторых специальных и жаропрочных сплавов. Кроме того, электродные сплавы этого класса широко используются при сварке строительной арматуры, проволочных бытовых полок и дорожных сеток, толстолистовой стали, при рельефной сварке, шовной сварке с раздавливанием кромок, используются в качестве контрэлектродов, а также очень широко при стыковой сварке сопротивлением полос и труб большого диаметра с целью увеличения их исходной длины, рельсов и строительных профилей, формировании из полосовой заготовки и сварке встык труб с образованием продольного шва и т.д.


Исходя из физико-химических и механических свойств свариваемых материалов, входящих в третью группу, а также на основании специфики стыковой сварки сопротивлением, контактной рельефной сварки и других особенностей перечисленных способов и режимов сварки, для электродов этой группы достаточно средних показателей электро- и теплопроводности — не менее 40% от меди. Правда, исходя из условий их эксплуатации, необходимы повышенные твердость и трибостойкость. По всем нормативным документам различных стран эта твердость должна быть не менее 180 НВ (в ТУ 48-21-92-89 на полуфабрикаты из бронзы марки БрНБТ, о чем ратуют авторы статьи, почему-то регламентируется твердость всего не менее 170 НВ).


Таким образом, бериллиевые или точнее бериллийсодержащие бронзы по комплексу присущих им свойств годятся лишь как электроды для сварки материалов третьей группы или для контактной стыковой сварки сопротивлением, и без сплавов с другими легирующими элементами просто не обойтись. Кроме того, потребность в безбериллиевых сплавах несравненно больше, чем в сплавах с бериллием, о чем подробнее будет показано несколько ниже.

Теперь следует вернуться к упомянутой статье и разобрать ее основное содержание с научно-технической и этической точек зрения.


Если не комментировать хорошо известное квалифицированным сварщикам и старательно, но с долей металловедческих ошибок, переписанное авторами статьи из известных источников информации, то замечания к статье будут сводиться к следующему:


1. Сплав БрХНТ никогда не выпускался ни одним из заводов по обработке цветных металлов (заводы ОЦМ), как электродный, так как и никель, и титан в данном сочетании и количестве, лишь губят электро- и теплопроводность, не добавляя ничего к другим «электродным» свойствам. Сплав БрХНТ (м.б. БрНТХ) существует, но имеет совершенно иное назначение.

2. Промышленные способы производства меднобериллиевых сплавов разработаны и запатентованы США в 1939 году и примерно с этого же времени известны металлургам СССР. К бериллиевым бронзам следует отнести и кобальт- и никельбериллиевые бронзы. Наличие в медных сплавах небольших (во всяком случае — до процента) количеств бериллия никакой ощутимой «прибавки» к основным «электродным свойствам» не дает. Только в сочетании, например, с кобальтом и никелем, которые образуют с бериллием интерметаллиды CoBe и NiBe меняется характер линий сольвус на диаграммах состояния, становится возможным эффективный распад пересыщенного твердого раствора и небольшие количества бериллия (в основном до 0,7%) начинают действовать как полноценные фазовые составляющие. Сплав МКБ (БрКБ2,5-0,5) состава Co – 2,3-2,7%; Be — 0,4-0,7%; Cu — ост. начал широко использоваться и изучаться институтом «Гипроцветметобработка» (ныне ОАО «Институт Цветметобработка») и С.-Петербургским институтом ЦНИИМ с начала 1960 г., а доступен, как перспективная композиция с уникальным сочетанием свойств, много раньше. Как электродный сплав он был известен сначала сварщикам ГАЗа, а с 1969 г применен ВАЗом. С конца 60годов прошлого столетия он начал выпускаться Каменск-Уральским заводом ОЦМ в виде термообработанных прутков электродного назначения (примерно до 60 тонн в год) только для ВАЗа. КАМАЗ вполне обходился безбериллиевым сплавом МН2,5КоКрХ, нисколько не страдая, как считали бы авторы, от «увеличения брака», «понижения устойчивости процесса» и снижения производительности в процессе сварки.



3. Сплав БрНБТ был разработан профессором М.В. Захаровым совместно с сотрудниками Московского завода ОЦМ (МЗОЦМ) в конце 50годов прошлого столетия, как электродный сплав третьей группы свариваемых сопротивлением материалов. Сплав содержал 1,4-1,8% Ni; 0,2-0,4% Be; 0,05-0,15% Ti и Cu — остальное, промышленно выпускался по ТУ 48-21-92-60 (затем 72, 80, 89 годов) и изготавливался во всяком случае до 80годов на законных основаниях из отходов пружинных сплавов БрБНТ1,7; БрБНТ1,9; БрБ2 и БрБ2,5 МЗОЦМом с целью повышения рентабельности производства основной продукции (производится он и до сих пор). Сплав БрНБТ был вписан в 1969 году в ГОСТ 14111-69 «Электроды прямые электросварочных контактных точечных машин» в качестве материала III класса электродов. Поэтому, ориентируясь только на собственные знания, авторам статьи не следовало бы обижать «эксплуатационников электродов контактной сварки» неведением «альтернативных хромовым бронзам сплавов». Десятки общедоступных технических документов, статей, справочников, монографий, учебников, докладов на конференциях по электродным сплавам контактной сварки, их особенностях, распределения по назначению, сравнительных испытаниях и др. были обнародованы в печати. Нужно просто читать специализированную литературу!


4. Если коснуться сегодняшней судьбы сплава БрНБТ, то нужно посмотреть правде в глаза. В настоящее время производить слитки из этого сплава, а значит иметь его в номенклатуре выпускаемой продукции, реально могут два предприятия. Одно из них находится на территории суверенного государства за пределами России и должного опыта производства этого сплава не имеет, другое, с опытом около сорока лет, вряд ли сможет сохранить свое архитектурно привлекательное месторасположение в центре столицы по целому букету причин, в том числе, экологической. Так что статуса «бомжа» сплаву, видимо, на довольно продолжительное время не избежать.

Кроме того, судя по двум, ставшим доступным информационным материалам: статьи «Освоение производства плит из бронзы БрНБТ», Босхамджиев Н.Ш., «Цветная металлургия», № 11, 2008 г., с. 30-32 и рассматриваемой статьи, состав сплава БрНБТ уже ничего кроме известного бренда «БрНБТ» не имеет: титана там может и не быть совсем (Ti ≤ 0,15), содержание Ni и Be изменены произвольно на 1,4-2,2% и 0,2-0,6% соответственно (сравнить с химическим составом по действующим ТУ). Так как указанные изменения на период выхода этих информаций надлежащим образом не оформлены, то и сплава юридически в России не существует. Такое положение со сплавом недопустимо даже при сегодняшнем беспорядке с технической документацией в стране.



5. Теперь о свойствах: физических, механических, эксплуатационных. Необходимо разъяснение, что такое температура разупрочнения и температура рекристаллизации. Температура начала рекристаллизации у цирконийсодержащих сплавов выше (в том числе и у сплавов БрХЦр), чем у всех других перечисленных электродных сплавов вследствие специфики поведения атомов циркония в процессе термической обработки. То же происходит и с температурой разупрочнения, если не считать уровня механических свойств при отжиге. Кстати, температура разупрочнения сплава БрНБТ в двух цитируемых выше статьях различается ни много ни мало на 100º С.


Чем выше электро-, а следовательно, и теплопроводность, тем ниже контактные температуры и поэтому выше механические (жаропрочные) свойства. Здесь следует сравнить разницу в приведенных в статье самими авторами данных по электропроводности электродных сплавов. Кстати, электропроводность сплава БрНБТ, впрочем как и успешно их замещающих и превосходящих по популярности безбериллиевых сплавов типа МН2,5КоКрХ или любых вариантов сплава БрНХК, составляет 40-50% от электропроводности стандартной меди. Это результаты многочисленных и многолетних сравнительных исследований и испытаний, в том числе и авторских.

Если обратиться к результатам испытаний, приведенным в табл. 2 упомянутой статьи, то напрашивается сразу несколько существенных замечаний. Во-первых, контактная сварка (о чем идет речь в статье) входит в такую разновидность сварки вообще, как сварка сопротивлением. Но контактная сварка (точечная, рельефная, шовная) и стыковая сварка сопротивлением это все-таки разные процессы. Стыковая сварка сопротивлением это значительно «менее требовательный процесс» к свойствам контактных зажимных губок, выполняющих функцию электродов, в частности, к их электро- и теплопроводности. В таблице же из четырех «удачных» сравнительных испытаний половина относятся именно к стыковой сварке сопротивлением, а не к контактной. Во-вторых, когда проводятся сравнительные испытания электродов, то совершенно необходимо кроме марки электродного сплава приводить и исходные контролируемые по ТУ их свойства


(твердость и электропроводность). В противном случае эти испытания и эти сравнения не являются сколько-нибудь состоятельными. Исходные свойства электродов зависят от способа изготовления, соблюдения оптимальных параметров

термической обработки, последовательности технологических параметров изготовления полуфабрикатов и т.д. И, наконец, в-третьих, в ответ на запрос завод

«Электрик» сообщил «данные сравнительных испытаний», из которых следовало,


что сказочные цифры в сотни тысяч сварных точек — это ничто иное, как расчетные данные, что, как известно, с фактическими почти всегда ничего общего не имеют.

6. В настоящее время нередко сравнительно крупоногабаритные или фасонные электроды и другие изделия, изготовленные из низколегированных медных сплавов, подвергаются реставрации или исправлению обнаруженных при изготовлении деталей дефектов методом наплавки. Наплавка осуществляется плавлением проволоки тем или иным способом или покрытых флюсами электродов, изготовленных, как правило, из сплава аналогичного основному изделию по химическому составу. Для всех сплавов, кроме бериллийсодержащих, этот процесс является вполне реальным, не требующим какой-либо специальной защиты сварщика и ближайшего его окружения, кроме элементарной вентиляции. Для бериллийсодержащих сплавов в первую очередь любая плавка (первичная или ремонтная) требуют не только специальной вентиляции, но и квалифицированного и тоже специального обращения с газо- и пылеобразными выделениями. А здесь не все так просто. Дело в том, что бериллий является чрезвычайно вредным, канцерогенным веществом. В соответствии с общими санитарно-гигиеническими требованиями к воздуху рабочей зоны среднесменная предельно допустимая концентрация (ПДК) бериллия и его соединений не должна превышать 0,001 мг/м3. Для сравнения ПДК ртути среднесменно не должна превышать величину в 5 раз большую (0,005 мг/м3). Есть над чем подумать!



Таким образом, из изложенного можно заключить, что бериллийсодержащие сплавы известны металлургам и сварщикам по крайней мере более 50 лет. Эти сплавы, и в частности, систем Cu-Co-Ве и Cu-Ni-Ве обладают удивительными по сочетанию свойств качествами. Однако они не единственные в своем классе. Усилиями института Цветметобработка совместно с рядом производственных коллективов разработана группа безбериллиевых экологически чистых сплавов систем Cu-Co-Cr-Si, Cu-Ni-Cr-Si и некоторых других (сплавы МН2,5КоКрХ, группа сплавов БрНХК, группа сплавов БрКоКрХ), которые по комплексу физических, механических и эксплуатационных свойств нисколько не уступают своим «бериллиевым аналогам по классу» и в то же время несравненно более технологичны в производстве, термической обработке полуфабрикатов и готовых изделий, их реставрации и эксплуатации.


Кроме того, необходимо особо отметить, что по номенклатуре и количеству используемые во всех отраслях промышленности электроды контактной сварки третьего класса составляют всего 20-25% от общего объема электродов.

Николаев А.К.

Профессор, докт. техн. наук,

ОАО «Институт Цветметобработка»

Тел/факс (495) 951-1014.

e-mail: 9511014@gmail.com


1 Статья Д.В. Гречихина, О.В. Толмачева, С.Д. Топольняка, А.И. Хаймовича (ООО «БериллиУМ») «Стойкие электроды» в журнале «РИТМ» № 6, 2008 г, стр. 50-51.