2. Сварочные материалы

К сварочным материалам при дуговой сварке в защитных газах относятся защитные газы, электродные и присадочные материалы.

Аргон(Ar)- инертный негорючий и невзрывоопасный газ без запаха и цвета. При нормальных условиях он имеет плотность 1,66 кг/м^3. Выпускают аргон по ГОСТ 10157-79 трех сортов( в зависимости о содержания примесей): высшего, с содержанием не менее 99,99%; первого, с содержанием 99,38%, и второго, с содержанием 99,95% аргона. Аргон высшего сорта рекомендуется для сварки активных металлов(титан, цирконий, ниобий) и их сплавов, первого сорта- для сварки сплавов на основе алюминия и магния, второго сорта- для сварки коррозионо-стойких, углеродистых и легированных сталей. Газообразный аргон транспортируется и хранится в стальных баллонах под давлением 15 МПа.

Гелий (Не)- инертный газ без цвета и запаха, невзрывоопасный. Выпускается по ТУ 51-689-75 двух видов: высокой чистоты, содержащий не менее 99,985% гелия, и технический, содержащий не менее 99,8% гелия. Транспортируется и хранится гелий в газообразный виде так же, как и аргон. Гелий в 10 раз легче аргона, что приводит к его повышенному расходу в сравнении с аргоном, что приводит к его повышенному расходу в сравнении с аргоном, а стоимость его в несколько раз выше стоимости аргона. Чаще всего гелий используют для образования газовых смесей.

Углекислый газ, или диоксид углерода(СО2), в нормальных условиях представляет собой бесцветный газ с едва ощутимым запахом, плотностью 1,839 кг/м^3. Газ не ядовит, но поскольку он тяжелее воздуха, его накопление в зоне сварки может вызвать явление кислородной недостаточности и удушья. Поэтому рабочие места сварщиков должны быть оборудованы притачно – вытяжной вентиляцией.

Углекислый газ получают от отходящих газов при производстве аммиака, спиртов, переработки нефти, а также путем специального сжигания топлива. При повышении давления углекислый газ переходит в жидкое состояние. При испарении 1кг жидкого диоксида углерода образуется 509л углекислого газа.

Выпускают углекислый газ по ГОСТ 8050-76 в зависимости от области применения, а также по физико-химическим показателям трех марок: сварочный, с содержанием не менее 99,5% пищевой, с содержанием не менее 98,8%; технический, с содержанием не менее 98,5% СО2. Хранят и транспортируют его в виде жидкости в стальных баллонах под давлением 5 МПа. В стандартный баллон емкостью 40л заливают 25л жидкого диоксида углерода, при испарении которого образуется 12600л углекислого газа.

Кислород(О2)- это бесцветный газ без запаха и вкуса, поддерживающий горение. При дуговой сварке технический кислород используют при составлении защитных газовых смесей(Ar+O2;CO2+O2 и др.). Смесь Ar+(1…5 %)О2 повышает устойчивость горения дуги и улучшает качество формирования сварного шва. Такие смеси рекомендуется применять при сварке плавящимся электродом легированных сталей, когда требуется струйный перенос электродного металла. При сварке низкоуглеродистых и низколегированных сталей плавящимся электродом применяют смесь СО2+20 % О2, обеспечивающую глубокое проплавление и хорошее формирование шва, минимальное разбрызгивание, высокую плотность металла шва.

Водород(Н2)- это горючий газ, не имеющий цвета, запаха и вкуса. Смеси его с кислородом и воздухом взрывоопасны, поэтому при использовании водорода необходимо соблюдать особую осторожность, тщательно проверять на плотность все соединения газового тракта; помещения, в которых производится сварка, должны хорошо проветриваться. В зависимости от способа получения водород выпускают по ГОСТ 3022-80 трех марок: А, Б и В, с содержание водорода от 95 до 99,99 %. Хранят и транспортируют водород в стальных баллонах под давлением 15 МПа. Применяют водород для составления плазмообразующих смесей при плазменной сварке и резке.

Азот(N2)- это бесцветный газ без запаха плотностью 1,25 кг/м3. Выпускают азот по ГОСТ 9293-74 газообразным и жидким; хранят и транспортируют в стальных баллонах под давлением 15 МПа. По физико-химическим показателям газообразный азот разделяют на четыре сорта: высший, с содержанием не менее 99,994 %; первый, с содержанием не менее 99,6%; второй, с содержанием не менее 99%, и третий, с содержанием не менее 97%. В среде азота можно сваривать медь, к которой он химически нейтрален, но чаще азот используют при составлении защитных газовых смесей. Так, при сварке меди применяют смесь Ar(10…30) % N2. В ней же сваривают аустенитные коррозионно-стойкие стали некоторых марок. Добавка N2 способствует повышению проплавляющей способности дуги.

Вольфрамовые электроды диаметром 0,2…12 мм изготавливают из прутков чистого вольфрама- это электроды марки ЭВЧ. Чтобы повысить устойчивость дуги, уменьшить оплавление торца электрода и попадание вольфрамовых включений в шов, в вольфрам добавляют в виде окислов активирующие элементы с малой работой выхода электронов: лантан, иттрий или торий. Электроды из лантанированного вольфрама обозначают ЭВЛ-10, из иттированнного- ЭВИ-30,из торированного- ЭВТ-15. Цифры в обозначении марки электрода указывают на количество активирующей присадки в десятых долях процента. Наиболее стойки иттрированные элекроды. Использование торированных электродов ограничено: торий радиоактивен и нужно соблюдать правила работы с радиоактивными веществами.

Угольные электроды применяют при сварке в среде СО2 в виде стержней диаметром 5…25 мм в соответствии с ГОСТ 10720-75.

В качестве плавящегося электрода и присадочного материала при сварке сталей используют холоднотянутую стальную проволоку по ГОСТ 2246-70 так же, как и при газопламенной сварке. Например, проволоки Св 08ХНМ, Св 08ХН2М, Св 08ХМФА рекомендуются для сварки низколегированных высокопрочных сталей; проволоки, легированные кремнием и марганцем (Св 08ГС, Св 08Г2С),- для сварки малоуглеродистых и низколегированных сталей в среде углекислого газа. В последнем случае марганец и кремний, входящие в состав проволоки, более активные по отношению к кислороду, чем железо, связывают кислород, образующийся при диссоциации СО2 в зоне дуги, и предохраняют металл шва от окисления.

Кроме проволок сплошного сечения применяют порошковую проволоку. Это непрерывный электрод диаметром от 1,2 до 3,6мм, состоящий из металлической оболочки и порошкового наполнителя( сыпучих материалов, ферросплавов и металлических порошков)

Металлическая оболочка - лента из низкоуглеродистой стали марки 08КП холодного проката в состоянии “мягкая” или “особая мягкая”. Изготавливают порошковую проволоку на специальных станках непрерывным сворачиванием ленты в трубку с одновременным заполнением трубки порошком. Бесшовную проволоку(рис.7-3.(а)) изготавливают из трубки относительно небольшого диаметра, заполненной порошковой шихтой, методом волочения до требуемого диаметра.

Отечественной промышленностью выпускается проволока с пятью видами шихты:рутило-целлюлозной,карбонатно-флюоритной,флюоритной, рутиловой, рутило-флюоритной. Отношение массы сердечника(шихты) к массе проволоки называют коэффициентом заполнения К3, он определяется из выражения:

К3= Мш/Мп=Мш/Мш+Моб,

где Мш- масса шихты; Мп- масса проволоки; Моб – масса оболочки.

Обычно К3=0,15…04.

Изготовление порошковой проволоки различных сложных сечений позволяет регулировать соотношение массы шихты и оболочки, но при этом трудно обеспечивать равномерность заполнения проволоки шихтой. Проволоку трубчатой конструкции изготавливать проще.

Порошковые проволоки в зависимости от виды шихты сердечника используется или с дополнительно защитой(обычно это углекислый газ), или без нее. Последние называют самозащитными. При сварке самозащитными проволоками защита расплавленного металла осуществляется за счет газо- и шлакообразующих элементов шихты сердечника. Как правило, без дополнительной защиты применяются рутил – органические, карбонатно – флюоритные и флюоритные проволоки. Проволоки рутилового и рутил – флюоритного типов используют для сварки в углекислом газе, эти проволоки называют еще газозащитными. Типы порошковых проволок можно выбирать в зависимости от положения свариваемых стыков деталей в пространстве и требований к сварному соединении.

Применение порошковых проволок позволяет устранить повышенное разбрызгивание электродного металла - недостаток обычных стальных электродных проволок ( например, Св 08Г2С) и исключить операцию устранения налипших металлических брызг с поверхности изделия. Но основное преимущество порошковых проволок – это заметное повышение производительности самого процесса сварки. Так, производительность полуавтоматической сварки порошковыми проволоками на 10…15% выше, чем, например, проволокой Св08Г2С в среде СО2.