1.2. Ручная дуговая сварка стали покрытыми электродами. Краткая характеристика процесса

Область применения процесса – сварка стальных изделий с короткими и прерывистыми швами сложной конфигурации, когда применение автоматизированных процессов сварки затруднено [1, 2, 3, 4].

Достоинствами данного вида сварки являются: 1) возможность проведения сварки в любом пространственном положении (нижнем, вертикальном, потолочном), что особенно важно при монтажных работах и сборке конструкций сложной формы; 2) универсальность по маркам свариваемых материалов.

К недостаткам ручной дуговой сварки следует отнести: 1) трудности, связанные со сваркой тонких листовых заготовок (толщиной менее 1-2 мм); 2) невысокую производительность; 3) значительную зависимость качества сварного шва от квалификации сварщика; 4) длительный срок обучения сварщика высокой квалификации (1-1,5 года).

1.3. Режимы ручной дуговой сварки

Режим ручной дуговой сварки характеризуется следующими основными параметрами: диаметром электрода d и силой сварочного тока I. Длина дуги обычно составляет 0,5-1,1 от величины диаметра электрода и вручную поддерживается сварщиком на постоянном уровне.

Диаметр электрода выбирают в зависимости от толщины свариваемых кромок, руководствуясь примерными соотношениями, приведенными в табл. 1.

Таблица 1. Рекомендации по выбору диаметра электрода в зависимости от толщины свариваемой стали

Толщина листа, мм	1-2	3-5	4-10	12-24 и более
Диаметр электрода, мм	2-3	3-4	4-5	5-6

Сварочный ток I определяется по соотношению

I = k d,

где k – опытный коэффициент (для электродов из низкоуглеродистых сталей k = 40-60, для электродов из высоколегированных сталей k = 35-40), А/мм; d – диаметр электрода, мм.

1.4. Электроды для ручной дуговой сварки

Электрод представляет собой стальной стержень с нанесенным на него покрытием. Один конец электрода на 30-40 мм очищен от покрытия для закрепления в электрододержатель и подвода тока [1, 2, 3, 4].

Для полной общей характеристики электрода служат три понятия: 1) марка сварочной проволоки; 2) тип электрода; 3) марка электрода.

Марка сварочной проволоки содержит информацию о химическом составе стального стержня электрода, тип электрода указывает механические свойства и химический состав сварного шва, марка электрода определяет технологию сварки этим электродом.

Марка сварочной проволоки обозначается буквами «Св» (сварочная) и следующим далее сочетанием других цифр и букв. Первые две цифры показывают содержание углерода в сотых долях процента. Буква «А» в конце марки сварочной проволоки означает пониженное содержание вредных примесей (серы и фосфора). Содержание легирующих элементов в марке сварочной проволоки задается так же, как в марках легированных сталей: вначале указывается буква, обозначающая название легирующего элемента, затем – среднее содержание этого элемента в целых процентах. Если после буквы соответствующего легирующего элемента цифра отсутствует, то содержание легирующего элемента составляет 1-1,5 % и менее. Буквы в марках сварочной проволоки из легированных сталей обозначают наличие следующих легирующих элементов: «Х» – хрома, «Н» – никеля, «М» –молибдена, «В» – вольфрама, «К» – кобальта, «Г» – марганца, «С» – кремния, «Ф» – ванадия, «Т» – титана, «Д» – меди, «Ю» – алюминия и т. д.

Примеры маркировки стальной сварочной проволоки: Св-08 – содержание углерода 0,08 % (сталь качественной выплавки); Св-08А – содержание углерода 0,08 % (сталь высококачественной выплавки, с пониженным содержанием вредных примесей серы и фосфора); Св-08Г2С – содержание углерода 0,08 %, марганца – 2 %, кремния – 1 %; Св-10Х13 – содержание углерода 0,1 %, хрома – 13 %; Св-04Х19Н9С2 – содержание углерода 0,04 %, хрома – 19 %, никеля – 9 %, кремния –2 %.

Типы электродов в зависимости от назначения, гарантированных механических свойств и химического состава сварного шва разделяются на следующие группы:

1) Электроды для сварки углеродистых и низколегированных конструкционных сталей, например Э38, Э42, Э42А, Э46, Э50, Э100 и т. д. Буква «Э» означает тип «электрода», двухзначное или трехзначное число – гарантированное временное сопротивление на растяжение сварного шва в кгс/мм² (10^–1 МПа), буква «А» – повышенную пластичность и вязкость сварного шва за счет пониженного содержания вредных примесей (серы и фосфора).

2) Электроды для сварки теплоустойчивых легированных сталей, например Э-09МХ, Э-05Х2М, Э-10Х5МФ и т. д. Двухзначное число после буквы «Э» означает содержание углерода в сварном шве в сотых долях процента, после чего указываются названия легирующих элементов, содержащихся в металле сварного шва, и их содержание в целых процентах.

3) Электроды для сварки высоколегированных сталей, например Э-08Х16Н8М2, Э-08Х19Н9, Э-02Х20Н14Г2М2 и др. Химический состав сварного шва указывается аналогично предыдущей группе электродов.

4) Электроды для наплавки поверхностных слоев, например ЭН-70Х11, ЭН-У12Х12Г2ФС, ЭН-80Х4СГ и др. Сочетание букв «ЭН» показывает, что электрод предназначен для наплавки. После дефиса следует рассмотренное выше стандартное обозначение химического состава металла наплавленного шва, причем наличие буквы «У» означает, что содержание углерода в шве дано не в сотых, а в десятых долях процента.

Марка электрода характеризует главным образом технологию сварки этим электродом (род тока и его полярность, возможность сварки в определенных пространственных положениях и т. д.).

Марка электрода должна быть связана с составом покрытия, нанесенного на стальной стержень электрода. Толщина покрытия составляет 1-3 мм на сторону. Покрытие выполняет следующие функции: обеспечивает устойчивое горение дуги, защищает жидкий металл сварочной ванны от взаимодействия с атмосферой воздуха, раскисляет наплавленный металл (удаляя из него кислород) и изменяет его химический состав введением легирующих элементов.

Для осуществления этих функций в состав покрытий электродов входят следующие вещества: ионизирующие компоненты, снижающие потенциал ионизации паров металла (поташ, мрамор, углекислый барий и др.); газообразующие вещества, создающие газовую защиту сварочной ванны (крахмал, древесная мука, целлюлоза и др.); шлакообразующие компоненты, образующие на поверхности сварочной ванны слой шлака, защищающий ванну от контакта с атмосферой; добавки марганца, кремния, титана и алюминия в виде ферросплавов или чистых элементов, раскисляющие наплавленный металл; легирующие компоненты, вводимые в жидкий металл с целью изменения его химического состава (феррохром, ферромолибден, ферровольфрам и др.).

С целью скрепления компонентов покрытия между собой и со стальным стержнем в состав покрытия вводятся связующие вещества (жидкое стекло, декстрин и др.).