Сварочные материалы
.pdf
формирования металла шва и переноса электродного металла. Как активный элемент кислород уменьшает поверхностное натяжение жидкого металла,
тем самым способствуя образованию на конце электрода более мелких капель и их более равномерному направленному (струйному) переносу в сварочную ванну.
Смесь Ar + 2-3% О2 применяется для сварки
низкоуглеродистых и н/легированных сталей; О2 – до 3%; О2 уменьшает размер капель, снижается склонность к образованию пор; уменьшает поверхностное натяжение, являясь поверхностно-активным элементом.
Для сварки аустенитных сталей плавящимся электродом рекомендуется применять Ar с добавкой до 1% О2..Такая газовая смесь обеспечивает устойчивый процесс сварки и вместе с тем слабо окисляет металл сварочной ванны. Интенсивно окисляя углерод в дуге и высокотемпературной зоне сварочной ванны, кислород позволяет снижать содержание углерода в металле шва до более низкого уровня, чем углекислый газ. Вследствие этого добавки к инертным газам кислорода предпочтительнее, чем добавки СО2
при сварке ряда аустенитных и низколегированных перлитных сталей.
Избыток О2 в защитном газе может при недостаточном содержании элементов раскислителей в сварочной ванне (например, менее 0,17-0,20%Si)
вызывать образование пор в металле швов вследствие окисления углерода при температурах кристаллизации металла. Повышение содержание кислорода (так же, как и СО2 ) в защитном газе даже при достаточно высоком содержании элементов раскислителей в металле сварочной ванны увеличивает содержание кислорода в металле швов преимущественно в виде оксидных неметаллических включений, и как следствие снижает механические свойства.
В настоящее время сварка углеродистых и низколегированных сталей плавящимся электродом осуществляется в основном в окислительной защитной среде – углекислом газе и смесях аргона с углекислым газом и кислородом.
31
При сварке в окислительном защитном газе его способность вызывать поры в металле швов вследствие окисления углерода при температурах близких к температуре кристаллизации металла тормозится применением проволок с повышенным содержанием элементов раскислителей. В тоже время окислительный защитный газ эффективно тормозит образование пор путем уменьшения растворимости водорода в металле и интенсификации выделения из него водорода и азота вследствие протекания реакций окисления углерода при высокой температуре.
Оптимальные смеси аргона с углекислым газом и кислородом позволяют осуществлять процесс сварки с очень небольшим разбрызгиванием и получать швы с хорошим формированием, внешним видом и плавным переходом от металла шва к основному металлу. С учетом времени на зачистку швов сварка в таких смесях в ряде случаях может оказаться даже дешевле, чем сварка в СО2 .При этом наименьшая стоимость обеспечивается при сварке в смесях.
Смесь Ar + (18-20%)СО2; Смесь 86%Ar + 12%
СО2 + 2% О2 –– для механизированной и автоматизированной сварки.
Преимущества сварки в смесях по сравнению со сваркой в СО2 :
▪повышает стабильность горения дуги и улучшает характер переноса электродного металла. Возможна сварка со струйным переносом металла и ведение импульсно-дугового процесса (как при сварке в аргоне);
▪уменьшается разбрызгивание расплавленного металла (в 2-4 раза);
▪улучшается формирование шва (при сварке в СО2 невозможно получить однопроходные угловые швы с прямым или вогнутым профилем;
выпуклость шва ухудшает работоспособность);
▪почти не повышается склонность к образованию пор, вызываемых водородом, азотом;
▪повышается ан (KCU), особенно при отрицательных температурах и δ-
%, т.е. механические свойства.
32
Смеси (80±5%) Ar –+ (20±5% ) СО2 выпускает ОАО «Крион» –
специализированное предприятие в Беларуси по выпуску продуктов разделения воздуха. В настоящие время предприятие расширило предел содержания СО2 до 30%, а если СО2 > 25% – процесс близок к сварке в чистом СО2. 25% – это предел.
На БелАЗе в сварочных цехах применяют стационарный смеситель и
используют для сварки смесь 82% Ar + 18% СО2
Смеси СО2 + О2 – до 20%О2 – История. Сейчас практически не применяют. Считается, что такие смеси обеспечивают более стабильные свойства, особенно в условиях большой влажности атмосферы. Кислород:
1.повышает стойкость против образования пор;
2.повышает глубину проплавления;
3.несколько улучшает формирование шва;
4.обеспечивает удаление брызг расплавленного металла, т.к. брызги
окисляются и не прилипают к основному металлу.
Все газы и их смеси (кроме СО2) поставляются в газообразном состоянии в баллонах 40 л; Р = 150 МПа.
Существует международный стандарт EN ISO 14175 «Газы защитные для дуговой сварки» (раньше EN 439). Следует отметить, что аналогичный стандарт действует в России – ГОСТ Р ИСО 14175-2010 «Материалы сварочные. Газы и газовые смеси для сварки плавлением и родственных процессов». С 09.03.2011 г. введен в действие стандарт СТБ ISO 14175–2011
«Материалы сварочные, присадочные. Газы и газовые смеси для сварки плавлением и родственных процессов» (идентично ISO 14175:2008).
Газы и газовые смеси классифицируются по группам:
I – инертные газы и смеси инертных газов;
С – сильно окисляющие газы и газовые смеси (диоксид углерода, смесь диоксида углерода с кислородом)
М – смеси газов на основе Ar, содержащие СО2, или О2
Смеси газов (М-микст) разделены на группы:
М1 – смеси, содержащие до 5% СО2, или О2 ;
33
М2 - смеси, содержащие до 25% СО2, или 10% О2
М3 - смеси, содержащие до 50% СО2, или 15% О2
R - восстанавливающие газовые смеси (смесь аргона с водородом
(0,5≤Н2≤15%)
N - малоактивный газ (азот);
О – кислород;
Z - газовые смеси, содержащие компоненты, не указанные в ГОСТ или имеющие химический состав, выходящий за пределы диапазонов, указанных в ГОСТ
Внутри каждой группы имеются подгруппы, обозначенные цифрами,
которые конкретизируют состав смеси. Более подробная расшифровка индекатов приведена в таблице 1.
34
Таблица 1 –Классификация технологических газов для сварки
плавлением родственных процессов (из СТБ ISO 14175–2011)
Обозначение |
|
Содержание компонентов в объемных долях % |
|
|||||||
Главн |
Под- |
Окисляющий |
Инертный |
Восстанав- |
|
Слабо |
||||
ая |
группа |
|
|
|
|
|
|
ливающий |
|
вступающий |
групп |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
в реакцию |
а |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
СO |
O2 |
Ar |
|
Не |
Н2 |
|
N2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
I |
1 |
|
|
100 |
|
|
|
|
||
|
2 |
|
|
|
|
|
100 |
|
|
|
|
3 |
|
|
Равновесное |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
состояние а) |
0,5≤Не≤95 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
М1 |
1 |
0,5≤СО2≤5 |
|
Равновесное |
|
0,5≤Н2≤5 |
|
|
||
|
|
|
|
состояние а) |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
0,5≤СО2≤5 |
|
То же |
а) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
3 |
|
0,5≤О2≤3 |
– « – |
а) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
0,5≤СО2≤5 |
0,5≤О2≤3 |
– « – |
а) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
М2 |
0 |
5˂СО2≤15 |
|
– « – |
а) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
15˂СО2≤25 |
|
– « – |
а) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
3˂О2≤10 |
– « – |
а) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
0,5≤СО2≤5 |
3˂О2≤10 |
– « – |
а) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
5˂СО2≤15 |
0,5≤О2≤30 |
– « – |
а) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
5˂СО2≤15 |
3˂О2≤10 |
– « – |
а) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
15˂СО2≤25 |
0,5≤О2≤3 |
– « – |
а) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
15˂СО2≤25 |
3˂О2≤10 |
– « – |
а) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
М3 |
1 |
25<СO2≤50 |
|
– « – |
а) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
10˂О2≤15 |
– « – |
а) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
25<СO2≤50 |
2˂О2≤10 |
– « – |
а) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
5<СO2≤25 |
10˂О2≤15 |
– « – |
а) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
5 |
25<СO2≤50 |
10˂О2≤15 |
– « – а) |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
С |
1 |
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
Основа |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,5≤О2≤30 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
35 |
|
|
|
|
|
|
R |
1 |
|
|
Равновесное |
|
0,5≤Н2≤15 |
|
|
|
|
|
состояние а) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
То же а) |
|
15<Н2≤50 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
N |
1 |
|
|
|
|
|
100 |
|
2 |
|
|
Равновесное |
|
|
0,55≤N2≤5 |
|
|
|
|
состояние а) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
То же а) |
|
|
5<N2≤50 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
– « – а) |
|
0,5≤H2≤10 |
0,5≤N2≤5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
0,5≤Н2≤50 |
Равновесное |
|
|
|
|
|
|
|
состояние |
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
1 |
|
100 |
|
|
|
|
Z |
Газовые смеси, содержащие компоненты, не внесенные в таблице или смеси с |
||||||
|
составом, выходящим за пределы указанных диапозонов b) |
|
|||||
a) По данной классификации аргон может быть частично или полностью заменен гелием b).Две газовые смеси с одинаковой Z-классификацией не могут быть взаимозаменяемыми.
Примеры условных обозначений газов и газовых смесей.
1. Газ диоксид углерода (СО2):
Классификация: СТБ ISO 14175–С1.
2. Газ аргон:
Классификация: СТБ ISO 14175–I1.
3. Газовые смеси, содержащие 18% диоксида углерода в аргоне:
а) Классификация: СТБ ISO 14175–М21.
б) Условное обозначение газовой смеси, содеожащей 18%
СО2: СТБ ISO 14175–М21 – ArС – 18
Примеры классификации
Пример 1. Газовая смесь, содержащая в качестве основного газа Ar, в
качестве компонентов 6% СО2 и 4% О2:
Классификация: СТБ ISO 14175–М25
Условное обозначение: СТБ ISO 14175–М25 – ArСО – 6/4.
36
Пример 2. Газовая смесь, содержащая в качестве основного газа Ar, в
качестве компонента 30% Не:
Классификация: СТБ ISO 14175–I3
Условное обозначение: СТБ ISO 14175– I3 – ArНе – 30.
37
Раздел 3. Сварочные проволоки (сплошного сечения) и прутки Тема 3.1. Стальная сварочная проволока
Сварочные проволоки (СП) – самый распространенный сварочный материал. Проволока участвует в большинстве способов сварки плавлением:
РДС (стержни), в защитной среде, под флюсом, газовой сварке.
Сварочные проволоки используют при сварке сталей, Al, Cu, Ti и др.
материалов и сплавов, а также для наплавки. Согласно ГОСТ 2601-84
«Сварка металлов. Термины и определения основных понятий»:
Сварочная проволока – проволока для использования в качестве плавящегося электрода либо присадочного металла при сварке плавлением.
Электродная проволока – сварочная проволока для использования в
качестве электрода.
Присадочный металл – используется для введения в сварочную ванну в дополнение к основному металлу.
Присадочная проволока – сварочная проволока, используемая как присадочный металл, и не являющийся электродом.
Проволоки изготавливают по соответствующим ГОСТам и ТУ.
I. Стальные сварочные проволоки. ГОСТ 2246-70 «Проволока стальная сварочная. Технические условия», который распространяется на холоднотянутую сварочную проволоку из низкоуглеродистой, легированной и высоколегированной стали.
Согласно раздела ГОСТ-а «Марки и классификация»
По уровню легирования проволоку подразделяют на:
●низкоуглеродистую (кипящие, все кипящие) – 6 марок;
●легированную – 30 марок;
●высоколегированную – 39 марок.
(Проволока других марок, не содержащихся в ГОСТ может выпускаться по ТУ).
По назначению проволоку подразделяют на: ● для сварки (наплавки);
38
● для изготовления электродов (условное обозначение – Э).
Подразделение проволоки по назначению продиктовано более жесткими предельными отклонениями по диаметру для изготовления электродов.
По виду поверхности низкоуглеродистые и легированные проволоки подразделяют на:
● неомедненная + полирование (полирование не по ГОСТ, а по заказу,
оно в 50-100 раз снижает контактное электросопротивление по сравнению с проволокой в смазке);
● омедненная – (О) – лучше контакт (ржавеет).
Пример условных обозначений:
Проволока 4 Св – 08А – Э ГОСТ 2246-70 – для изготовления электродов (Э), (Ф=4мм);
Проволока 1,6 Св – 08Г2С – О ГОСТ 2246-70 – предназначена для сварки, с омеднением (О).
По требованию потребителя (т.е. по спецзаказу) проволока может изготавливаться из стали, выплавленной электрошлаковым (Ш) или вакуумно-дуговым (ВД) переплавом или в вакуумно-индукционных печах
(ВИ) с целью ужесточения мер по содержанию вредных и посторонних примесей, введения ограничений по содержанию газов, металлических включений и др.
Пример условного обозначения: Проволока 1,6 Св – 08ХГСМФА –ВИ – Э – О ГОСТ 2246-70
Проволока изготавливается диаметром от 0,3 мм до 12 мм. ГОСТ регламентирует предельные отклонения по диаметру (См. таблицу 1).
Проволока для электродов по ГОСТ начинается с Ø 1,6 мм. (См. СТБ EN 7592002: Ф 1,6– 6 мм).
СТБ EN 759-2002 «Материалы присадочные металлические. Общие требования», идентичен EN 759: 1997 «Присадочные металлы. Технические условия поставки металлических присадочных материалов. Тип материалов,
размеры, допуски и маркировка».
39
Таблица1 Предельные отклонения по диаметру
Номинальный |
Для сварки |
|
Примечание |
|
диаметр |
|
|
|
|
Ø 1,2 мм |
минус 0,09 мм |
Для |
покрытых электродов такой |
|
|
|
диаметр не изготавливается |
||
Ø 3,0 мм |
минус 0,12 мм |
Для |
изготовления |
электродов |
|
|
минус 0,09 мм |
|
|
|
|
Для |
изготовления |
электродов – |
Ø 4,0 мм |
минус 0,16 мм |
минус 0,12 мм |
|
|
|
|
|
|
|
Для высоколегированной проволоки, подвергаемой травлению,
предельные отклонения по диаметру допускаются на 50% больше,
допускаемых для низкоуглеродистой и легированной.
Овальность проволоки.
Овальность не должна превышать половины предельного отклонения по диаметру. Поверхность проволоки должна быть чистой и гладкой, без трещин, без плен, задиров и т.п.
На поверхности низкоуглеродистой и легированной проволоки допускаются следы мыльной смазки без графита и серы (до 0,05% от массы проволоки). Проволоки марок Св-08ГС, Св-08Г2С, Св-08ГСМТ и ряд других марок могут поставляться с омеднением и с не омедненной поверхностью.
Высоколегированная проволока должна поставляться в травленном
состоянии или после термической обработки (т/о) в инертной атмосфере без всяких следов смазки.
При загрязнении или наличии на поверхности следов смазки или ржавчины проволоку подвергают очистке или прокалке при 180–200°С в течение 1,5–2 ч (для удаления смазки) с последующей очисткой.
Марка проволоки определяется химическим составом,
указываемом в ее обозначении.
Низкоуглеродистая (н/угл) проволока Св-08:
С<0,10%; Мn 0,35–0,60; Si<0,03%; S<0,04%; Р<0,04%; - кипящая
Св-08А: S<0,030%; Р<0,03%, т.е. буква А на конце условных обозначений марок низкоуглеродистой и легированной проволоки указывает
40