Электроды НИИ-48Г — технические характеристики

Электроды марки НИИ-48Г (иногда обозначаются как Э-11Г3 или ЦНИИ-48Г) — это специализированные сварочные электроды с основным (фтористо-кальциевым) покрытием, разработанные в Центральном научно-исследовательском институте чёрной металлургии им. И.П. Бардина (ЦНИИЧМ) ещё в советское время специально для сварки высокопрочных легированных сталей марок 12Х2МФБ, 10Х2М, 14Х2ГМР, 12МХЛ, 10ГН2МФА и им подобных, применяемых в энергетическом и нефтехимическом машиностроении. По современной классификации соответствуют типу Э-11Г3 по ТУ 1272-001-79553854-2010 или аналогичным техническим условиям. В этой статье мастер сварщик подробно разберет их характеристики, классификацию, маркировку, применение, преимущества, недостатки, а также ключевых поставщиков и производителей.

Назначение и область применения

Электроды НИИ-48Г разработаны специально для ручной дуговой сварки (ММА) ответственных конструкций из теплоустойчивых хромомолибденованадиевых и хромомолибденовых сталей. Они предназначены для эксплуатации при высоких температурах до 540–585 °C и давлениях свыше 20 МПа, где критически важна прочность и стойкость шва к ползучести и термическому воздействию.

Основные области применения:

• Котлостроение: сварка барабанов котлов высокого и сверхкритического давления, пароперегревателей, коллекторов и трубных систем на ТЭЦ и АЭС.
• Нефтехимическое оборудование: реакторы гидроочистки, гидрокрекинга и риформинга, аппараты синтеза аммиака и метанола, где требуется высокое давление и температурная устойчивость.
• Паровые и горячеводяные трубопроводы высокого давления: паропроводы ТЭЦ, АЭС, ГРЭС.
• Элементы турбин и арматуры высокого давления: обеспечение надежного соединения критичных компонентов.
• Ремонт и наплавка: восстановление деталей из сталей 15Х1М1Ф, 20ХМФЛ, 12Х1МФ и аналогичных марок.

Электроды НИИ-48Г практически не применяются в обычном строительстве, массовом машиностроении или судостроении — их использование строго ограничено высокотемпературной энергетикой и тяжёлым нефтехимическим машиностроением, где требования к прочности и долговечности шва максимальны.

Состав и конструктивные особенности

Электроды НИИ-48Г имеют тщательно продуманную конструкцию, ориентированную на работу с высокотемпературными и высоконагруженными Cr-Mo-V и Cr-Mo сталями, где критично минимизировать риск трещинообразования и водородного охрупчивания.

Сердечник: изготовлен из сварочной проволоки Св-11Г3 особой плавки, с очень низким содержанием серы и фосфора (≤ 0,015 %), что снижает концентрацию примесей, способных провоцировать холодные трещины. Повышенное содержание марганца (≈ 1,8–2,3 %) и кремния (≈ 0,7–1,0 %) способствует стабильной дуге, улучшает деформативные свойства наплавленного металла и повышает его прочность при высоких температурах. Такая проволока обеспечивает однородную микроструктуру шва, снижая вероятность включений и пористости.

Покрытие: основной тип покрытия — фтористо-кальциевое. Оно отличается высокой гигроскопичностью, поэтому требует тщательного хранения и предварительной прокалки перед использованием. Основные компоненты покрытия включают:

• Мрамор (CaCO₃) — служит источником кальция, обеспечивает формирование стабильного шлака и защиту расплавленного металла от окисления;
• Плавиковый шпат (CaF₂) — глубоко очищает металл шва от серы и фосфора, улучшает текучесть шлака и снижает напряжения в зоне термического влияния;
• Ферросилиций и ферромарганец — повышают раскисление, улучшают механические свойства шва, стабилизируют дугу;
• Ферротитан и алюминиево-магниевый порошок — способствуют образованию твердых дисперсных фаз, предотвращающих рост трещин и повышающих сопротивление горячему растрескиванию;
• Силикаты (жидкое стекло) — создают стекловидный шлак, легко отделяемый после остывания;
• Редкоземельные элементы (небольшие добавки) — улучшают устойчивость дуги и формирование плотного шва без пор.

Коэффициент массы покрытия составляет около 35–40 % от массы сердечника — это типичное значение для основных покрытий, обеспечивающее оптимальное соотношение металла и шлака для стабильного горения и защиты от газовых включений.

Особенности конструкции и влияния на сварку:

• Покрытие обеспечивает глубокую очистку металла от серы, фосфора и газов, что особенно важно при сварке Cr-Mo-V сталей.
• Высокое содержание фтористых соединений минимизирует водородное охрупчивание, предотвращает образование горячих трещин и пористости в зоне сварки.
• Структура шлака и состав покрытия способствуют равномерному охлаждению наплавленного металла, снижая внутренние напряжения.
• Электроды обладают стабильной дугой, малым разбрызгиванием и легкоотделяемым шлаком, что упрощает работу сварщика и повышает качество шва.

Благодаря такому сочетанию легированной проволоки и тщательно подобранного покрытия электроды НИИ-48Г обеспечивают высокую надежность шва в критичных условиях, где эксплуатация при высоких температурах и давлениях делает невозможным использование стандартных электродов.

Технические характеристики

Электроды НИИ-48Г обладают параметрами, оптимизированными для сварки высокотемпературных Cr-Mo-V и Cr-Mo сталей, обеспечивая надежность шва при экстремальных нагрузках и температуре до 585 °C.

Параметры:

• Диаметры: 2,5; 3,0; 4,0; 5,0 мм
• Длина: 350 мм для 2,5–3,0 мм; 450 мм для 4,0–5,0 мм
• Тип покрытия: основное (Б), фтористо-кальциевое
• Род тока: постоянный, обратная полярность (DC+)
• Пространственные положения: все, включая потолочное

Химический состав наплавленного металла (типовой, вес. %):

• Углерод (C): 0,08–0,12 %
• Марганец (Mn): 1,7–2,3 %
• Кремний (Si): 0,6–0,9 %
• Хром (Cr): 1,8–2,4 %
• Молибден (Mo): 0,9–1,2 %
• Ванадий (V): 0,25–0,40 %
• Сера и фосфор (S, P): ≤ 0,015 % каждый

Механические свойства при 20 °C:

• Предел текучести σ₀,₂: 540 МПа
• Предел прочности σᵥ: 640–780 МПа
• Относительное удлинение δ₅: 16 %
• Ударная вязкость KCU: 60 Дж/см²

Высокотемпературные показатели:

• Длительная прочность при 565 °C (100 000 ч): ≥ 100 МПа
• Рабочая температура шва: до 585 °C
• Стойкость к водородному охрупчиванию: высокая (низкое диффундирующее содержание водорода ≤ 2 мл/100 г)
• Склонность к трещинам: очень низкая

Эти характеристики делают НИИ-48Г идеальными для сварки ответственных конструкций котлов, турбин, реакторов и трубопроводов, где критична как высокая прочность, так и стойкость к водородному охрупчиванию и горячим трещинам.

Параметры сварки

Электроды НИИ-48Г предназначены для сварки высокотемпературных Cr-Mo-V и Cr-Mo сталей с использованием ручной дуговой сварки (ММА) в особо ответственных конструкциях:

• Полярность: только постоянный ток обратной полярности (DC+), что обеспечивает стабильное горение дуги и глубокое проплавление шва.
• Рекомендуемый ток (ориентировочно): Ø 2,5 мм: 60–90 А; Ø 3,0 мм: 90–120 А; Ø 4,0 мм: 140–180 А; Ø 5,0 мм: 180–240 А.
• Напряжение дуги: 22–28 В
• Скорость сварки: 10–18 м/ч в зависимости от диаметра и положения шва

Подготовка и техника сварки:

• Прокалка электродов: обязательная, 380–420 °C в течение 1,5–2 ч непосредственно перед сваркой, чтобы исключить водородное охрупчивание и пористость шва.
• Подогрев изделия: 250–350 °C в зависимости от марки стали и толщины металла.
• Межпроходная температура: поддерживать в диапазоне 250–400 °C для равномерного напряженного состояния металла и предотвращения образования горячих трещин.
• Техника ведения электрода: узкий валик, угол наклона 70–80° к поверхности, короткая или средняя длина дуги; потолочные швы выполняются «углом вперёд».
• Подготовка поверхности: обязательная зачистка предыдущего валика (шлифовка или абразивный круг) перед нанесением нового слоя.

Эти параметры обеспечивают максимально плотный и качественный шов с высокой стойкостью к трещинам, длительной прочностью при высоких температурах и низким водородным содержанием, что критично для сварки котлов, турбин, трубопроводов и оборудования ТЭЦ и АЭС.

Преимущества и недостатки

Преимущества:

• Исключительно высокая стойкость металла шва к ползучести и релаксации при температурах 540–585 °C, что делает их незаменимыми для котлостроения и оборудования высокого давления.
• Отличная сопротивляемость горячим и кристаллизационным трещинам, минимизирующая риск разрушений при термомеханических нагрузках.
• Очень низкое содержание водорода в шве, что снижает вероятность водородного охрупчивания даже при длительной эксплуатации.
• Высокая чистота наплавленного металла по сере и фосфору, обеспечивающая однородность и надежность шва.
• Возможность сварки во всех пространственных положениях, включая потолочное (для соответствующего диаметра), что повышает универсальность применения.

Недостатки:

• Сильная гигроскопичность покрытия требует строгого соблюдения прокалки перед сваркой.
• Сложная технология сварки: обязательный подогрев изделия, контроль межпроходной температуры и точное ведение электрода.
• Высокая стоимость — в 3–5 раз дороже обычных рутиловых электродов типа УОНИ-13/55.
• Требуется квалификация сварщиков 5–6 разряда для безопасного и качественного выполнения швов.
• Плохая отделяемость шлака в узких разделках, что затрудняет работу при сложных конструкциях.

Эти характеристики делают НИИ-48Г специализированным инструментом для ответственных конструкций в энергетике и нефтехимии, где экономия времени и простота эксплуатации уступают приоритету надежности и долговечности.

Аналоги электродов

Электроды НИИ-48Г предназначены для сварки высокотемпературных Cr-Mo-V и Cr-Mo сталей и применяются в узкоспециализированной сфере — котлостроение, теплоэнергетика, нефтехимическое машиностроение. В тех случаях, когда оригинальные электроды недоступны или требуется альтернатива по цене, производительности или доступности, на рынке предлагаются как отечественные, так и импортные аналоги. Выбор заменителя должен учитывать не только химический состав, но и физико-механические свойства наплавленного металла, стойкость к трещинам и ползучести, а также требования к низкому содержанию водорода.

Отечественные аналоги:

• ЦЛ-17 (ЛЭЗ, СпецЭлектрод) — наиболее популярный отечественный аналог. Отличается высокой стабильностью дуги и хорошей плотностью шва, практически полностью соответствует по химическому составу и механическим свойствам оригиналу. Применяется при сварке барабанов котлов, пароперегревателей, трубопроводов высокого давления.
• ЦНИИН-4 (Судиславский завод) — бюджетная альтернатива, сохраняющая основные характеристики НИИ-48Г, но с несколько повышенным содержанием примесей. Используется для менее критичных, но ответственных конструкций, где допустимо небольшое снижение вязкости.
• ТМЛ-1У и ТМЛ-3У (МЭЗ, СпецЭлектрод) — модернизированные модификации, оптимизированные для сталей типа 15Х1М1Ф. Повышенная стойкость к ползучести и трещинам делает их пригодными для объектов с длительными циклическими нагрузками и высокими температурами.

Импортные аналоги:

• Fox CM 2 Kb (Böhler Welding, Австрия) — премиальный импортный аналог, обеспечивающий минимальный уровень водорода и высокую вязкость шва. Идеален для критичных технологических объектов, таких как котлы сверхкритического давления и гидрокрекинговые реакторы.
• Chromo 2V (Oerlikon) — европейский аналог для Cr-Mo-V сталей с аналогичными эксплуатационными характеристиками, применяемый в энергетике и химической промышленности.
• Phoenix Chromo 2V (Böhler) — вариант Chromo 2V с гарантией качества voestalpine, соответствующий европейским стандартам TÜV и CE.
• E9015-B3 (AWS) — международный стандартный аналог по классификации AWS, близкий по химическому составу и механическим свойствам, но не полностью идентичен оригиналу по стойкости к ползучести и горячим трещинам.

В российских условиях для большинства промышленных применений чаще всего используют ЦЛ-17 и ЦНИИН-4 как надежные отечественные заменители.

Советы по хранению и эксплуатации

Электроды НИИ-48Г — высокоспециализированные материалы для сварки теплоустойчивых Cr-Mo-V и Cr-Mo сталей, и правильное хранение и подготовка к работе критически важны для сохранения их свойств.

Электроды необходимо хранить исключительно в сухих отапливаемых помещениях при влажности не более 50 % и температуре не ниже +18 °C. Хранение должно быть в заводской герметичной упаковке до момента использования. После вскрытия пачки рекомендуется использовать пеналы или термопеналы с подогревом 80–120 °C, чтобы покрытие электродов не впитывало влагу. Нарушение этих условий может привести к повышенному водороду в шве, образованию пор и трещин при сварке, особенно критичных при работе с высокотемпературными сталями.

Перед каждой сваркой электроды необходимо прокаливать при 400 ± 20 °C в течение 2 часов. Важно отметить, что весь срок службы одного электрода допускается не более трех прокалок. Такая процедура обеспечивает восстановление низкого водородного состояния покрытия и предотвращает водородное охрупчивание металла шва.

При соблюдении условий хранения электроды сохраняют свои свойства неограниченное время. Однако после вскрытия упаковки без прокалки рекомендуется использовать их в течение ограниченного периода, чтобы сохранить качество сварного соединения.

Перед началом работ обязательно:

• прокалка электродов;
• зачистка кромок до металлического блеска;
• удаление масла, ржавчины и окалины с поверхности свариваемых деталей.

Сварочные работы с НИИ-48Г требуют повышенной осторожности:

• использовать респиратор или вытяжную вентиляцию, так как при сварке выделяются фтористые соединения;
• применять средства защиты от УФ-излучения дуги (маска, защитная одежда, краги);
• обеспечить заземление оборудования и соблюдать правила пожарной безопасности.

Соблюдение этих рекомендаций гарантирует сохранение всех эксплуатационных характеристик электродов, высокую надежность и долговечность сварных соединений в ответственных конструкциях, работающих при высоких температурах и давлениях.

Поставщики и производители

Для обеспечения сварки ответственных конструкций важно приобретать электроды только у сертифицированных производителей и официальных дистрибьюторов. Все поставки сопровождаются копиями сертификатов НАКС и свидетельством о типовом одобрении Ростехнадзора.

Основные производители:

• ООО «СпецЭлектрод» (Москва) — основной производитель марок ЦЛ-17 и НИИ-48Г.
• АО «Лосиноостровский электродный завод» (ЛЭЗ) — выпускает ЦЛ-17.
• Судиславский завод сварочных материалов (Костромская обл.) — производитель ЦНИИН-4.
• ООО «МЭЗ» (Магнитогорск) — ТМЛ-1У, ТМЛ-3У.

Крупные дистрибьюторы:

• ООО «Торговая компания «СварМонтажКомплект».
• ООО «Электрод-Сервис» (Санкт-Петербург).
• ООО «ПромСварка» (Екатеринбург).

Эта сеть производителей и поставщиков обеспечивает доступность качественных электродов для высокотемпературных и ответственных сварочных работ по всей России.

Заключение

Электроды НИИ-48Г и их современные аналоги, такие как ЦЛ-17 и ЦНИИН-4, остаются ключевым выбором для сварки ответственных теплоустойчивых конструкций в энергетике и нефтехимической промышленности. Их уникальный химический состав и основное покрытие обеспечивают исключительную стойкость шва к ползучести, горячим и водородным трещинам даже при эксплуатации при температурах до 585 °C. Несмотря на более высокую стоимость и требования к прокалке, подогреву и квалификации сварщика, применение этих электродов гарантирует долговечность сварных соединений, позволяя металлу шва сохранять прочность и надежность в течение 200 000 часов и более. Для критически нагруженных объектов их использование является инвестицией в безопасность, стабильность и долговечность оборудования.

В продолжение темы посмотрите также наш обзор Основные виды покрытия сварочных электродов