Электроды ЗИО-20 — технические характеристики

Сварочные электроды ЗИО-20 представляют собой специализированный расходный материал с основным типом покрытия, предназначенный для ручной дуговой сварки высоколегированных теплоустойчивых сталей. Разработанные в советское время и продолжающие производиться в России, эти электроды обеспечивают высокое качество шва в условиях повышенных температур и агрессивных сред. Они классифицируются по ГОСТ 10052-75 как тип Э-09Х1М и используются для создания надежных соединений в ответственных конструкциях. В статье мастер сварщик подробно разберет их характеристики, классификацию, маркировку, применение, преимущества, недостатки, а также ключевых поставщиков.

Назначение и область применения

Электроды ЗИО-20 предназначены для сварки легированных теплоустойчивых хромомолибденовых сталей, таких как 15ХМ, 20ХМ, 12Х1МФ и аналогичные марки. Эти стали отличаются повышенной прочностью и устойчивостью к высоким температурам до 520°C, что делает электроды незаменимыми в условиях, где конструкция подвергается термическим нагрузкам, коррозии и механическим воздействиям. Основное назначение ЗИО-20 — формирование сварных швов с низким содержанием вредных примесей, обеспечивающих долговечность и надежность соединений.

Область применения электродов охватывает несколько ключевых отраслей промышленности, где требуется высокая термическая и коррозионная стойкость. В энергетике электроды используются для сварки деталей котлов, турбин, паропроводов и теплообменников, включая трубопроводы высокого давления, работающие при температурах 400–520°C. Применение ЗИО-20 особенно важно для энергетических установок на ТЭС и АЭС, где швы должны выдерживать циклическое нагревание и охлаждение без образования трещин.

В нефтегазовой промышленности электроды применяются для изготовления и ремонта трубопроводов, транспортирующих нефть, газ и агрессивные химические вещества. Они обеспечивают стойкость швов к водородному охрупчиванию и коррозии в сероводородных средах, включая строительство магистральных газопроводов, нефтеперерабатывающих установок и offshore-платформ.

В машиностроении ЗИО-20 используют для сварки конструкций тяжелой техники — корпусов редукторов, валов и деталей насосов. В химическом машиностроении электроды применяются для соединения реакторов, колонн и теплообменников, где важна устойчивость к щелочным и кислотным средам при повышенных температурах.

В металлообработке и судостроении электроды ЗИО-20 используются для наплавки и ремонта деталей из теплоустойчивых сталей в судовых котлах, парогенераторах и промышленных печах. Они также применяются для усиления поверхностей инструментов и оборудования, подверженных абразивному износу.

В строительстве и инфраструктуре электроды применяются при монтаже и реконструкции промышленных объектов, включая мосты, резервуары и дымовые трубы из легированных сталей. При строительстве ТЭЦ и ГЭС они обеспечивают герметичность швов в условиях вибраций и температурных перепадов.

Электроды ЗИО-20 идеально подходят для ответственных конструкций, где стандартные электроды не обеспечивают требуемой термической стабильности. Их использование сертифицировано по нормам НАКС и рекомендовано для работы в агрессивных средах, включая нефтехимию и металлургию. В России общий объем применения ЗИО-20 ежегодно превышает тысячи тонн, с акцентом на импортозамещение в стратегически важных отраслях.

Состав и конструктивные особенности

Электроды ЗИО-20 имеют классическую конструкцию покрытых электродов, включающую металлический сердечник и обволакивающее покрытие, которое составляет 20–30% от массы электрода. Такая конструкция обеспечивает стабильное горение дуги и позволяет контролировать химический состав наплавленного металла.

Сердечник изготавливается из легированной проволоки марок Св-08 или Св-08А по ГОСТ 2246-70. Это низкоуглеродистая проволока с добавками хрома (0,8–1,2%) и молибдена (0,4–0,6%), что придает наплавленному металлу свойства, близкие к свариваемым сталям. Сердечник обеспечивает высокую прочность шва (предел текучести до 500 МПа) и минимальное содержание серы и фосфора (<0,03%), снижая риск образования трещин. Диаметр стержня соответствует диаметру электрода (3–5 мм), а длина варьируется от 300 до 450 мм, что оптимально для ручной сварки.

Покрытие электродов ЗИО-20 выполнено из материалов основного типа по ГОСТ 9467-75 и состоит из рутиловой муки, ферромолибдена, феррохрома, магнезита и связующих компонентов (натрий-калий силикат). Массовое содержание покрытия составляет 22–28%. Оно включает флюоросодержащие добавки для шлакообразования и десульфурирующие элементы (кальций, магний), что снижает содержание водорода в шве до 4–6 мл на 100 г. Такое покрытие обеспечивает высокую пластичность и ударную вязкость сварного соединения.

Производственный процесс включает экструзию покрытия с последующей сушкой при температуре 200–250°C. Отличительной особенностью является низкое содержание вредных примесей (S <0,015%, P <0,020%), что предотвращает появление горячих трещин. Покрытие обеспечивает стабильную дугу длиной 1–3 мм и минимальное разбрызгивание — менее 5%. Влияние покрытия на качество сварки проявляется в формировании плотного и легко отделяемого шлака, равномерном проплавлении (глубина 1,5–2 диаметра электрода) и возможности многослойной сварки. Рекомендуется предварительная прокалка электродов при 360–380°C в течение 2 часов для удаления влаги и предотвращения порозов.

Конструкция электродов ЗИО-20 позволяет сварку в любых положениях, кроме потолочного, с коэффициентом наплавки 11–13 г/А·ч. Эти особенности делают их идеальными для многослойной сварки, обеспечивая однородность металла шва и высокую надежность конструкций.

Технические характеристики

Электроды ЗИО-20 обладают сбалансированными характеристиками, обеспечивающими высокую надежность сварного шва. Основные параметры по ГОСТ и данным производителей:

• Диаметр электрода: 3 мм, 4 мм, 5 мм.
• Длина электрода: 3 мм – 350–400 мм, 4 мм – 400–450 мм, 5 мм – 450 мм.
• Сила тока: 3 мм – 80–120 А, 4 мм – 140–200 А, 5 мм – 200–250 А.
• Напряжение дуги: 3 мм – 22–26 В, 4 мм – 24–28 В, 5 мм – 26–30 В.
• Плотность сварочного шва: 98–100% без пор.
• Устойчивость к трещинам: высокая, KCV >50 Дж/см² при 20°C.
• Устойчивость к коррозии: высокая, в средах до 520°C, pH 4–10.
• Предел прочности шва: 550–650 МПа.
• Относительное удлинение шва: 18–22%.
• Расход на 1 кг наплавки: 1,6–1,8 кг.
• Производительность наплавки: 3 мм – 1,2–1,5 кг/ч, 4 мм – 1,5–1,8 кг/ч, 5 мм – 1,8–2,0 кг/ч.

Дополнительно:

• коэффициент наплавки – 12 г/А·ч.
• выход наплавленного металла – 95%.
• шов устойчив к межкристаллитной коррозии (тест по ГОСТ 9.908-85).
• стойкость к термическому усталостному разрушению.

Все параметры подтверждены лабораторными испытаниями производителей с отклонением не более 5%.

Параметры сварки

Для достижения оптимального качества шва с электродами ЗИО-20 необходимо строго соблюдать режимы сварки, учитывающие свойства покрытия и свариваемых сталей. Рекомендуется использовать постоянный ток с обратной полярностью (+ на электроде). Режим сварочного тока зависит от диаметра электрода: для 3 мм — 80–120 А, для 4 мм — 140–200 А, для 5 мм — 200–250 А. Переменный ток не рекомендуется из-за нестабильности дуги. При сварке в вертикальном положении ток снижают на 10%, а при потолочной сварке — на 20%.

Скорость сварки для нижнего положения составляет 8–12 м/ч, для вертикального — 6–10 м/ч, что обеспечивает равномерное проплавление без перегрева металла.

Подготовка поверхности играет ключевую роль: металл необходимо тщательно очистить от ржавчины, масла и окалины с помощью шлифовки или пескоструйной обработки. Кромки фаскуются под углом 30–45° для V- или X-подготовки. Для сталей типа 15ХМ рекомендуется предварительный подогрев детали до 150–200°C, чтобы избежать водородного охрупчивания.

Техника удержания электрода включает короткую дугу длиной 1–2 мм для минимизации разбрызгивания и угол наклона 60–70° к поверхности. Электрод перемещают колебательными движениями — «елочкой» или полукругом с шириной 1,5–2 диаметра электрода для равномерного формирования шва. Между проходами рекомендуется сопутствующий подогрев 150–250°C. Электроды перед сваркой прокаливаются при 360–380°C в течение 2 часов, а после сварки швы охлаждаются естественным образом на воздухе без ускоренного гашения, чтобы избежать внутренних напряжений.

Для многослойной сварки используется 2–4 слоя с очисткой шлака между ними. Общее время выдержки перед проведением контроля качества составляет 24 часа, что обеспечивает стабильность и однородность металла шва.

Преимущества и недостатки

Преимущества:

• Высокая стойкость к температуре и коррозии. Шов сохраняет прочность и стабильность при температурах до 520°C, что продлевает срок службы конструкций на 20–30%.
• Низкое содержание водорода и высокая пластичность. Водород 4–6 мл/100 г минимизирует риск холодных трещин, а относительное удлинение шва >18% обеспечивает пластичность при деформациях.
• Стабильное горение дуги и отличное формирование шва. Минимальное разбрызгивание (<5%) снижает трудозатраты на очистку и обработку шва.
• Универсальность применения. Возможна сварка в 3–4 положениях; электроды подходят для работы с литьем и прокатом, что расширяет диапазон применения.
• Экономичность. Расход составляет 1,6 кг на 1 кг наплавленного металла, коэффициент наплавки – 12 г/А·ч, что обеспечивает эффективное использование материала.
• Экологичность. Низкое содержание вредных примесей и сертификация НАКС делают электроды пригодными для ответственных объектов и безопасными для сварщика.

Недостатки:

• Требовательность к подготовке. Обязательная прокалка и подогрев увеличивают время подготовки на 20–30% по сравнению с рутиловыми электродами.
• Чувствительность к влаге. При хранении без условий покрытия впитывают влагу, что может приводить к образованию пор в шве; проблему решает предварительная сушка.
• Ограниченная производительность в толстостенных конструкциях. Для металла >20 мм требуется многослойная сварка; электроды не подходят для высокоскоростной сварки.
• Высокая квалификация сварщика. Короткая дуга требует опыта, иначе возможен неравномерный проплав шва.
• Цена выше аналогов. Стоимость выше на 15–20% из-за легирующих добавок, что делает их менее выгодными для серийного производства простых конструкций.

Для специализированных задач, где важны коррозионная стойкость, термоустойчивость и надежность шва, преимущества электродов ЗИО-20 перевешивают недостатки. Для серийного производства или массовой сварки целесообразно комбинировать их с другими типами электродов.

Аналоги электродов ЗИО-20

Выбор аналога электродов ЗИО-20 осуществляется по типу наплавленного металла (Э-09Х1М) и свойствам покрытия. Ниже приведены основные отечественные и импортные аналоги с их характеристиками.

Отечественные аналоги:

• Э-09Х1МФ (ЭЗ). Полный аналог ЗИО-20, предназначен для сварки сталей 12Х1МФ. Расход 1,7 кг/кг наплавленного металла, ток 120–220 А. Обеспечивает высокую коррозионную стойкость и стабильность шва.
• Т-904 (МЭЗ). Для теплоустойчивых сталей, рутиловое покрытие. Производительность выше (1,9 кг/ч), но коррозионная стойкость немного ниже. Подходит для ремонтных и промышленных работ, где важна скорость наплавки.
• ОЗЛ-37. Базовый аналог для хромомолибденовых сталей. Прост в использовании, но содержание водорода выше (8 мл/100 г), что требует внимательности при подготовке и сварке.

Импортные аналоги:

• OK 93.25 (ESAB). Марка E9Mo1, предназначена для сталей с 1–2% Cr-Mo. Ток 100–300 А, отличная пластичность, стоимость на 20% выше отечественных аналогов.
• EW Mo B 50 (Voestalpine). Аналог по химическому составу, предназначен для сварки энергооборудования. Отличается низким содержанием водорода, но требует специальной прокалки перед сваркой.
• NiMoCr1 (Kemppi). Для высокотемпературных швов, с улучшенным шлакоотделением. Расход 1,5 кг/кг, обеспечивает стабильность и качество наплавки при критических температурах.

Для применения в России предпочтение стоит отдавать отечественным аналогам, которые стоят примерно на 30% дешевле импортных и подходят для большинства стандартных задач.

Импортные аналоги целесообразно использовать только в специальных условиях, когда требуется высокая термическая стойкость, улучшенное шлакоотделение или минимальное содержание водорода в шве.

Подробные таблицы аналогов и детальные технические характеристики можно найти на официальных сайтах производителей, таких как ЭЛЗ и ESAB, что позволяет подобрать оптимальный электрод под конкретную задачу.

Советы по хранению и эксплуатации

Электроды ЗИО-20 следует хранить в сухих, отапливаемых помещениях с температурой 5–40°C и относительной влажностью менее 80%. Рекомендуется использовать герметичные пачки или ящики с силикагелем. Срок годности при соблюдении этих условий практически не ограничен, однако ежегодная проверка на влагу обязательна. При хранении электроды не следует размещать на земле и необходимо разделять по маркам. Транспортировка должна осуществляться в закрытых контейнерах, чтобы избежать попадания влаги.

Перед сваркой электроды необходимо прокаливать при температуре 360–380°C в течение 2 часов. После прокалки их можно хранить в термосе при 100–120°C до 4 часов. Поверхность свариваемой детали необходимо тщательно очистить и обезжирить, а также предварительно подогреть до 150–200°C, чтобы предотвратить водородное охрупчивание.

При работе с электродами необходимо использовать средства индивидуальной защиты: маску для сварки, перчатки и вентиляцию. Следует избегать вдыхания сварочных дымов, так как содержащиеся в них хром и молибден являются канцерогенными веществами. Для предотвращения ожогов работать при токе не выше 250 А. В случае пожара шлаки следует тушить песком, а при попадании расплавленного металла или шлака в глаза — промыть водой. Все работы рекомендуется проводить с соблюдением норм и требований ГОСТ 12.2.003-91.

Поставщики и производители электродов ЗИО-20 в России

В России производство электродов ЗИО-20 осуществляется несколькими заводами с акцентом на импортозамещение. Основные производители и поставщики.

Производители:

• ООО «НПК СварЭлектрод» (Волгодонск, Ростовская обл.). Основной производитель с широким ассортиментом (>500 марок). Обеспечивает поставки по всей России, включая опт.
• Ярославское электродно-метизное производство (ЯрЭМП, Ярославль). Выпускает ЗИО-серию, надежный поставщик для энергетической отрасли.
• ЗАО «Электродный завод» (Санкт-Петербург). Старейший завод (с 1944 года), выпускает более 70 марок; партнер ESAB; оптовые поставки от 100 кг.
• ООО «НПО СпецЭлектрод» (Волгодонск). Специализируется на специальных электродах; широкий ассортимент (>500 марок).
• Магнитогорский электродный завод (МЭЗ, Челябинская обл.). Крупнейший завод с брендом ARCUS; поставки по всей территории СНГ.

Ключевые поставщики:

• СварТрейд (СПб) – опт и розница с доставкой.
• TKsvarka.ru – поставки для предприятий по всей России.
• Electrod.su – оптовые и розничные продажи с доставкой.

Общий объем потребления электродов ЗИО-20 в России составляет 10–15 тыс. тонн в год (данные на 2025 г.), что подчеркивает их востребованность в энергетике, машиностроении, нефтегазовой и других промышленных отраслях.

Для надежности поставок и гарантии качества рекомендуется сотрудничать с крупными официальными производителями и проверенными поставщиками. Это обеспечивает подлинность продукции, соответствие заявленным стандартам и стабильное качество сварных соединений в ответственных конструкциях.

Заключение

Электроды ЗИО-20 представляют собой проверенный временем материал для сварки теплоустойчивых сталей, сочетая надежность, технологичность и доступность. Их применение в энергетике, нефтегазовой отрасли и машиностроении обеспечивает безопасность и долговечность конструкций, даже при длительных эксплуатационных нагрузках и высоких температурах.

Несмотря на требовательность к соблюдению режимов сварки и подготовке поверхности, преимущества в качестве шва и стабильности металла делают ЗИО-20 незаменимыми в профессиональной сварке. Для оптимального соотношения цены и качества рекомендуется выбирать продукцию проверенных производителей. При правильном хранении и эксплуатации эти электроды гарантируют безотказную работу и долговечность сварных соединений на годы вперед.

В продолжение темы посмотрите также наш обзор Лучшие сварочные электроды 2025 года в России: обзор, характеристики, плюсы и минусы