книги из ГПНТБ / Фоминых В.П. Электросварка учеб. для проф.-техн. училищ

породностью. Вторичная структура этого участка напо­ минает видманшеттову структуру*. Эта зона невелика и для дуговой сварки составляет от 0,1 до 0,5 мм.

Н а у ч а с т к е п е р е г р е в а ш в а может образо­ ваться крупнозернистая структура, которая придает ме­ таллу наименьшую пластичность и ударную вязкость. Чтобы уменьшить протяженность участка перегрева, сле­ дует увеличить скорость сварки или выполнить сварку за несколько проходов. Ширина зоны участка перегрева

от размеров швов ширина участка нормализации колеб­

ется при сварке пластических деформированных сталей, ширина этого участка составляет 0,1—1,5 мм.

У ч а с т о к с и н е л о м к о ст и расположен за участ­ ком рекристаллизации. Структура металла здесь не от­ личается от ИСХОДНОЙ структуры. На этом участке темпе­ ратура нагрева достигает 200—400° С.

Методы выявления структуры сварных швов. Для этого из металла сварных швов приготовляют шлифы — образцы изучаемого металла со специально подготов­ ленной плоской (шлифованной, полированной) поверх­ ностью. Для выявления структуры применяют механиче­ ское, химическое, электролитическое полирование и окис­ лительное травление.

Причины образования горячих и холодных трещин в сварных соединениях. В процессе сварки могут образо­ вываться трещины. Горячие трещины образуются в ус­ ловиях повышенных температур из-за большой усадки при охлаждении металла сварочной ванны и из-за изме­ нения состава свариваемых материалов. Большой склон­ ностью к горячим трещинам, например, обладают спла­ вы, содержащие около 5% хрома и от 1,0 до 2,5% угле­ рода, и сплавы с 9—10% хрома при содержании 0,9^ 1,2% углерода.

* Видманшеттова структура — это структура стали с прямоли­ нейным расположением волокон.

60

Холодные трещины образуются в металле шва и околошовиой зоны из-за резкого изменения механических свойств, а также характера напряженного состояния вследствие фазовых и структурных превращений. В обра­ зовании холодных трещин при сварке сталей существен­ ную роль играет водород, который выделяется из твер­ дого раствора в имеющиеся в металле микрообъемы (пустоты). В них выделившийся атомарный водород со­ единяется в молекулы и создает в окружающем объеме металла внутреннее давление, которое образует высо­ кое напряжение, способствующее образованию трещин при нагрузке и даже без нагрева.

1. Каковы особенности кристаллизации металла шва?

2.Каковы структурные особенности строения сварного соеди­

нения?

3.Чем можно объяснить причины образования холодных и горя­

чих трещин в металле сварного соединения?

Г Л А В А V ЭЛЕКТРОДЫ ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ

§ 13. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

При ручной дуговой сварке плавлением применяют неплавящиеся и плавящиеся электроды и некоторые

изготовляют, из вольфрама, электротехнического угля или синтетического графита. Угольные и графитовые электроды (стержни) изготовляют диаметром от 4 до \8мм длиной 250 и 700мм. Графитовые электроды име­ ют лучшую электропроводность и более стойки против окисления при высоких температурах, чем угольные электроды.

Для автоматической и полуавтоматической сварки электродом служит калиброванная проволока диамет­ ром от 0,3 до 12 мм, так называемая сварочная или электродная проволока, которую поставляют в мотках и катушках весом от 2 до 80 кГ. В настоящее время на­ ходят также применение порошковая (трубчатая с на-

61

полнителем) проволока, голая легированная проволока,

сварочной проволоки, которая согласно ГОСТ 2246—70 разделяется на углеродистую, легированную и высоко­ легированную. Всего в ГОСТ включено 77 марок про­ волоки. Обозначение проволоки включает сочетание букв и цифр. Первые две цифры указывают на содержание в проволоке углерода в сотых долях процента. Затем буквой и цифрой (цифрами) поочередно указываются наименование и содержание в процентах легирующих элементов. При содержании легирующего элемента в проволоке менее 1 % ставится только буква этого эле­ мента. Условное буквенное обозначение легирующих

G2

мкльное количество серы и фосфора. Обозначение сва­ рочной проволоки состоит из букв Св (сварочная) п бук­ венно-цифрового обозначения ее состава. Например, проволока из низкоуглеродистой кремнемарганцевой стали, содержащей 1,40—1,8 %Мп и 0,60—0,85 %Si, обо­ значается Св-08Г2С по ГОСТ 2246—70.

Проволока для изготовления электродов для сварки алюминия и его сплавов маркируется: АО, A I , АД, АДІ, АМц, АМг и т. д., где цифра показывает общее количе­ ство примесей (ГОСТ 7871—63). Выпускается также стальная наплавочная проволока по ГОСТ 10543—63.

Для сварки меди и ее сплавов применяют электроды со стержнями из медной проволоки M l и М2, бронзы Бр.КМцЗ-1 и др. Медь маркируется буквой М, бронзы — буквами Б р.

§ 14. КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРОДОВ

Электроды, применяемые для сварки и наплавки, классифицируются по назначению (для сварки стали, чугуна, цветных металлов и для наплавочных работ), технологическим особенностям (для сварки в различных пространственных положениях, для сварки с глубоким проплавлением и для ванной сварки), типу покрытия (рудно-кислое, фтористо-кальциевое, рутиловое и газо­ защитное), химическому составу стержня и покрытия, характеру шлака, механическим свойствам металла шва и способу нанесения покрытия (опрессовкой или окуна­ нием) .

Основными требованиями для всех типов электродов являются:

обеспечение стабильного горения дуги и хорошего формирования шва;

получение металла сварного шва заданного химиче­ ского состава;

спокойное и равномерное расплавление электродного стержня и покрытия;

минимальное разбрызгивание электродного металла и высокая производительность сварки;

63

легкая отделимость шлака и достаточная прочность покрытий;

сохранение физико-химических и технологических свойств электродов в течение определенного промежут­ ка времени;

минимальная токсичность при изготовлении и при сварке.

Электроды для дуговой сварки сталей и наплавки по ГОСТ 9466—60 подразделяются на следующие классы^

Электроды для сварки углеродистых и легированных конструкционных сталей, а также электроды для сварки легированных теплоустойчивых сталей классифицируют­ ся по ГОСТ 9467—60. Этим стандартом предусмотрено 8 типов электродов для сварки низкоуглеродистых, среднеуглеродистых и низколегированных сталей (Э34, Э42, Э42А, Э46, Э46А, Э50, Э50А и Э55), 7 типов электродов для легированных сталей повышенной прочности (Э60, Э60А, Э70, Э85, Э100, Э125, Э145) и 7 типов электродов для сварки теплоустойчивых сталей (Э-М, Э-МХ, Э-ХМ, Э-ХМФ, Э-ХМФБ, Э-Х2МФБ и Э-Х5МФ).

64

Электроды для сварки углеродистых и легированных конструкционных сталей обозначают по марке и типу электрода, диаметру стержня, по типу покрытия и ГОСТу. Например, условное обозначение электрода ЦМ7-Э42-5.0-Р ГОСТ 9467—60 расшифровывается сле­ дующим образом: ЦМ7 — марка электрода, Э42 — тип электрода (Э — электрод для дуговой сварки; 42 — ми­ нимальное гарантируемое временное сопротивление ме­

и органическое — О) ; в конце указан номер ГОСТа, ко­ торым стандартизирован электрод.

Электроды для сварки теплоустойчивых сталей клас­ сифицируются по механическим свойствам, металла шва и по химическому составу наплавленного металла в про­ центах. Буквы, стоящие после буквы Э, указывают на наличие легирующих элементов в наплавленном метал­ ле, а цифры — их содержание в процентах (если оно превышает 1%).

При содержании легирующего элемента менее 1% ставится только соответствующая буква. Например, при использовании электродов типа Э-Х2МФБ в наплавлен­ ном металле шва гарантируется содержание более 2% хрома, до 1% молибдена, ванадия и ниобия (X — хром; M — молибден, Ф — ванадий, Б — ниобий).

Электроды для сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами классифицируются ГОСТ 10052—62 по химическому составу наплавленного металла, содер­ жанию ферритной фазы, стойкости сварного соединения' против межкристаллитной коррозии и механическим свойствам наплавленного, металла, испытанного при тем­ пературе 20° С. Этот стандарт предусматривает 27 ти­ пов электродов. Буква А, стоящая после буквы Э, обо­

элементов, по которым гарантировано содержание этих элементов в наплавленном металле шва.

Электроды для дуговой наплавки регламентируются ГОСТ 10051—62 (25 типов электродов, которые харак­ теризуются химическим составом наплавленного метал­ ла и его твердостью).

В о п р о с ы д л я с а м о п р о в е р к и

1. По каким признакам классифицируются электроды для свар­ ки и наплавки?

2.Какие- вы знаете ГОСТы на электроды?

3.Как обозначаются типы покрытии электродов?

§ 15. СВОЙСТВА ЭЛЕКТРОДОВ

Покрытия (обмазки) электродов. Электродные по­ крытия (обмазки) состоят нз шлакообразующих, газо­ образующих, раскисляющих, легирующих, стабилизиру­ ющих и связующих (клеящих) компонентов.

Они образуют шлаковые оболочки вокруг капель элект­ родного металла, проходящих через дуговой промежу­ ток, и шлаковый покров на поверхности металла шва, шлакообразующие составляющие уменьшают скорость охлаждения металла и способствуют выделению из него неметаллических включений. Шлакообразующие состав­ ляющие могут включать титановый концентрат, марган­ цевую руду, полевой шпат, каолин, мел, мрамор, кварце­

рании создают газовую защиту зоны св'арки, которая

ной пряжи, крахмала, пищевой муки, декстрина и цел­ люлозы.

ванны. К ним относятся элементы, которые обладают большим сродством к кислороду, чем железо, например марганец, кремний, титан, алюминий и др. Большинство раскислителей вводится в электродное покрытие в виде ферросплавов.

Л е г и р у ю щ и е с о с т а в л я ю щ и е необходимы в составе покрытия для придания металлу шва специаль­ ных свойств: жаростойкости, износостойкости, сопротив­ ляемости коррозии и повышения механических свойств,

66

Легирующими^ элементами служат марганец, хром, ти­ тан, ванадий, молибден, никель, вольфрам и некоторые другие элементы..

С т а б и л и з и р у ю щ и м и с о с т а в л я ю щ и м и яв­ ляются те элементы, которые имеют небольшой потенци­ ал ионизации, например калий, натрий и кальций.

С в я з у ю щ и е ( к л е я щ и е ) с о с т а в л я ю щ и е применяют для связывания составляющих покрытия между собой и со стержнем электрода. В качестве них применяют калиевое или натриевое жидкое стекло, дек­ стрин, желатин и другие. Основным связующим вещест­ вом служит жидкое стекло.

По своему металлургическому действию существуют рудно-кислое, фтористо-кальциевое, рутиловое и газоза­ щитное (органическое) покрытия. Имеются также и другие виды покрытий — стабилизирующее, карбонаторутиловое, галогенидное и специальное. Все покрытия должны удовлетворять следующим требованиям:

обеспечивать стабильное горение дуги; физические свойства шлаков, образующихся при

плавлении электрода, должны обеспечивать нормальное формирование шва и удобное манипулирование элект­ родом;

не должны происходить реакции между шлаками, газами и металлом, способные вызвать образование пор

собой в замесе; состав покрытий должен обеспечивать приемлемые

санитарно-гигиенические условия труда при изготовле­ нии электродов и в процессе их сгорания.

Физические свойства образующихся шлаков оказыва­ ют значительное влияние на процесс сварки и формиро­ вание сварного шва. Во всех электродных покрытиях при их плавлении плотность шлака должна быть ниже плотности металла сварочной ванны, что обеспечит его всплывание из сварочной ванны. Температурный интер­ вал затвердения шлака должен быть ниже температуры кристаллизации металла сварочной ванны, иначе слой шлака не будет пропускать выделяющиеся из сварочной ванны газы. Шлак должен покрывать сварной шов по всей поверхности ровным слоем.

Шлаки, образующиеся при плавлении электродных.

покрытий, бывают «длинные» и «короткие». «Длинны­ ми» называют такие шлаки, в составе которых содер­ жится значительное количество кремнезема. Возраста­ ние их вязкости при понижении температуры происходит медленно. Электроды, имеющие покрытия, образующие при плавлении «длинные» шлаки, не пригодны для сварки в вертикальной и потолочной плоскостях, так как сварочная ванна длительное время находится в жид­ ком состоянии. Для сварки во всех пространственных положениях применяют электроды, покрытия которых при плавлении дают «короткие» шлаки; возрастание вяз­ кости расплавленного шлака с понижением температу­ ры происходит быстро, поэтому закристаллизовавшийся шлак препятствует стеканию металла шва, находящего­ ся еще в жидком состоянии. «Короткие» шлаки дают электроды с рутиловым и фтористо-кальциевым покры­ тием.

Достаточно хорошую отделимость шлаковой корки от поверхности металла получают при применении шла­ ков, имеющих коэффициент линейного расширения, от­ личающийся от коэффициента линейного расширения металла.

Свойства металла шва и технологические характери­ стики электродов. Электроды характеризуют по свойст­ вам наплавленного ими металла, к которым относятся: прочность, пластичность, удлинение, ударная вязкость, твердость, коррозионная стойкость, стойкость против старения, а при наплавочных работах и износостой­ кость.

Наряду с качеством металла шва, полученного при сварке данным электродом, важное значение имеют и его технологические свойства. К основным технологиче­ ским свойствам электрода относят его производитель­ ность, пригодность для сварки в различных пространст­ венных положениях, стабильность горения дуги при по­ стоянном и переменном токе, допустимую максимальную и минимальную длину дуги, форму шва, коэффициенты наплавки, расплавления и потерь.

В о п р о с ы д л я с а м о п р о в е р к и .

1.Какими характеристиками определяются свойства электродов?

2.Какие составляющие включаются в состав покрытия элект­

родов?

3.Как классифицируются покрытия?

68

§16. ЭЛЕКТРОДЫ С РУДНО-КИСЛЫМ ПОКРЫТИЕМ

Всоставе рудно-кислого покрытия содержатся окис­ лы железа и марганца (преимущественно в виде руд), кремнезем, титановый концентрат и большое количество ферромарганца. Газовую защиту расплавленного метал­ ла обеспечивают разложением органических.составляю­ щих покрытия (целлюлозы, древесной муки, декстрина, крахмала). Металл, наплавленный электродами с руд- нр-кислым покрытием, по своему составу чаще всего со­ ответствует кипящей стали и содержит от 0,12% С, 0,10% Si; 0,6—0,9% Мп до 0,05% S и Р каждого; Элект­ роды этой группы пригодны для сварки во всех прост­ ранственных положениях переменным и постоянным то­ ком и характеризуются достаточно большой скоростью расплавления. Их не рекомендуется применять для сварки сталей, которые имеют повышенное содержание серы и углерода, так как металл шва, выполненный эти­ ми электродами, чувствителен к образованию кристал­ лизационных трещин. Электродами с рудно-кислым по­ крытием можно сваривать металл с ржавыми кромка­ ми, окалиной (при значительном напряжении дуги),

получая при этом плотные швы. Поры в швах при свар­ ке электродами с рудно-кислым покрытием образуются:

Т а б л и ц а 4; Состав некоторых рудно-кислых покрытий

Сухой силикат в % к сумме остальных составляющих..

69