Сварочные материалы

2Fe2P + 5FeО = Р2О5 + 9Fe

Р2О5 + 3СаО = (СаО)3·Р2О5

СаF2 связывает водород в НF↑

2СаF2 + 3SiO2 = 2CaSiO3 + SiF4↑

SiF4 + 3Н = SiF + 3НF

СаО связывает серу и фосфор, переводя их в шлак.

Электроды с основным покрытием применяют для сварки ответственных и особо ответственных конструкций, работающих при отрицательных температурах и динамических нагрузках.

Примерный состав покрытия электродов марки УОНИ – 13/55 (один из составов): мрамор – 54%; плавиковый шпат – СаF2 – 15%; SiO2 – 9%; Fe-Mn – 5%; Fe-Si – %5; Fe-Тi – 12%; Na – жидкое стекло.

УОНИ – 13/45: Fe-Mn – 2% (75%-ый FeMn); Fe-Si – 3%.

УОНИ – 13/65: Fe-Mn – 7%; Fe-Si – 3%.

УОНИ – 13/85: Fe-Mn– 5%.

Но свои высокие свойства электроды могут реализовывать при более высокой культуре производства. Они не приемлют ржавчины на кромках – будут поры; не допускают сварку в не прокаленном виде – будут поры и трещины, не допускают изменения дуги – длинной дугой будут поры,

требуется короткая дуга. Еще одна особенность – в основном сварка только на постоянном токе.

Покрытия смешанного вида– это главная попытка объединения преимуществ рутиловых и основных электродов. По классификации ISO

2560: 2002 выделено также несколько видов смешанных покрытий (RC-

рутилово-целлюлозный; RA-рутилово-кислый; RB-рутилово-основной).

81

Кпокрытиям смешанного вида можно отнести и покрытия,

содержащие ильменитовый концентрат. Электроды с таким покрытием сейчас находят достаточно широкое применение. Фактически это рутилово-

кислое покрытие. Ильменит – ТiО2·FeО. (ТiО2 – рутил, FeО – оксид железа).

Рутилово-основные (РБ). Рутилово-целлюл (РЦ). Например, электроды марки ОЗС-4И (RA, РА).

Электроды с ильменитовым покрытием по комплексу свойств уступают чисто рутиловым электродам.

Прочие покрытия [ П ] не вписываются ни в одну группу, ни в один вид. Это специальные покрытия. В основном для наплавки, для сварки под водой.

Электроды для сварки цветных металлов не стандартизованы и их производят по отдельным техническим условиям. Исключение -

высоконикелевые электроды, которые применяются для сварки сплавов на железоникелевой и никелевой основах и высоколегированных сталей,

вследствие чего они входят в ГОСТ 10052-75. В состав покрытия таких электродов входят Al–Li–Ti соли, Na3AlF6 – криолит, хлористые соли: NaCl, KCl, LiCl

Примеры марок электродов, которые применяются в течении многих лет, для сварки алюминия: ОЗАНА-1, ОЗАНА-2 –производитель

«Спецэлектрод». Для сварки меди - МН-5, МНЖ 5-1, Комсомолец 100.

Марки устанавливают организация-разработчик и изготовитель,

примеры буквенных обозначений которых представлены в ниже приведенной таблице.

Электроды серии:

Серии: Titan, Garant марок Anker, Optimal, Record – фирмы Kjellberg FinsterWalle (Германия)

Серии: Overcord, Fincord марок Supercito, Spezial – фирмы Oerlikon (Швеция)

ЭА – Электроды аустен. класса

83

Тема 4.2. Классификация покрытых электродов

Только в Союзе выпускалось более 200 марок покрытых электродов для РДС сталей и сплавов. И большинство электродов отличаются друг от друга по целому ряду иногда весьма значительных признаков.Электроды для сталей и сплавов наиболее распространенная группа покрытых электродов.

Поэтому именно на них разработан стандарт, определяющий технические требования на электроды - ГОСТ 9466-75. В 1976, 1988 и 1990 годах в него были внесены существенные коррективы. ГОСТ 9466-75 «Электроды покрытые металлические для РДС сталей и наплавки. Классификация,

размеры и общие технические требования» регламентирует размеры, уровень сварочно-технологических свойств электродов, определяет требования к состоянию поверхности, прочности покрытия и содержанию влаги.

Так же классификацирует электроды по:

•Назначению: У, Л, Т, В, Н;

•Толщине: М, С, Д, Г;

•Видам покрытия: А, Б, Ц, Р, П;

•Допустимому пространственному положению сварки или направлению;

•Роду и полярности применяемого при сварке или наплавке тока.

Рассмотрим, какие должны быть сварочные электроды и начнем знакомиться с регламентируемыми размерами. На рисунке 1 представлен чертеж покрытого электрода.

Рисунок 1– Чертеж покрытого электрода: 1-стержень; 2-покрытие; 3-

контактный конец без покрытия; l – длина зачищенного от покрытия конца электрода 20–25 мм; d

– диаметр электрода, определяемый диаметром стержня; L – номинальная длина электрода со стержнем из сварочной проволоки; D – диаметр покрытия, (l – для электрода для Ø 1,6÷ 2,5 – 20

мм; для Ø 3÷8 – 25 мм);

84

Диаметр d ( Ø) электрода = 1,6 – 2,0 – 2,5 –3,0 – 4,0 – 5,0 – 6,0 – 8,0 – 10,0 –

12,0.

Реально употребляемые диаметры электродов от 2,0 до 5,0 – будем рассматривать только их. Чем меньше диаметр d, тем меньше длина L.

Минимальная длина электродов со стержнем из низкоуглеродистой и легированная стали Ø = 2,0 мм – 250 мм; из высоколегированной стали – 200

мм.

Максимальная длина электродов для Ø = 4,0 и более – 450 мм со стержнем из низкоуглеродистой и легированной стали; 450 мм из

высоколегированной стали, но часто ограничиваются длиной в 350 мм).

Чем определяется длина? Ограничивающим фактором силы сварочного тока является покрытие. Покрытие при сварке сильно нагревается и не выдерживает излишне высокой температуры нагрева стержня. Входящие компоненты преждевременно диссоциируют и разлагаются. Все зависит от температуры, при которой нагревается стержень и покрытие, и времени воздействия дуги. Температуру ограничивают за счет ограничения Iсв, а

время – его длиной. Чем короче, тем лучше. Но короткие надо часто менять.

При указанных параметрах найден компромисс.

При сварке аустенитных сталей, т.е. высоколегированных, электроды

короче, т.к. у длинных покрытие будет больше перегревается из-за более высокого у аустенитных сталей электрического сопротивления.

Количество теплоты, вводимое в электрод, постоянно проходящим

через стержень электрическим током в единицу времени qт, Дж/с равно:

R – сопротивление проводника).

Поэтому, если установить длину электрода из аустенитного стержня такую же , как из углеродистого, то покрытие будет перегреваться и становиться непригодным. По мере плавления электрода меняется характер и скорость расплавления стержня. Если увеличивается скорость расплавления

85

до 30%, трудно вести процесс сварки. (Вообще допускается повышение скорости расплавления стержня к концу электрода не более чем на 30%).

l – длина зачищенного от покрытия конца электрода.

Для электродов Ø 1,6÷2,5мм l = 20 мм; для Ø 3,0мм и более l = 25 мм.

Форма зачистки покрытия со стороны контактного торца электрода – конусная, округлая, так, чтобы контактный торец был свободен от покрытия.

На торец может быть нанесен слой ионизирующего вещества (Fe+ графит +

жидкое стекло).

Разнотолщинность – е. (правила приемки по ГОСТ 9466).

Параметр е (разнотолщинность) – разность толщины покрытия в диаметрально противоположных участках электрода – исключительно важная величина. Покрытие должно располагаться относительно стержня концентрично.

Разность толщины покрытия е определяют в трех местах электрода,

смещенных относительно друг друга на 50 - 100 мм по длине и на 120° ± 15°

по окружности. Измерения в каждом месте производят микрометром в соответствии со схемой, приведенной на рисунке 2, с погрешностью 0,01 мм.

Величину (е) в миллиметрах вычисляют по формуле: е = S - S1.

1-покрытие электрода; 2-стержень электрода

Рисунок 2 – Схема измерения разнотолщинности покрытия электрода

Так как основной причиной появления козырька является разнотолщинность покрытия, поэтому этот параметр жестко регламентируется и не должен превышать в зависимости от диаметра стержня электрода величин, указанных в таблице ГОСТ, например:

86

Для Ø 2,0 мм е ≤ 0,10 мм; Ø 3,0 е ≤ 0,15 мм; Ø 4,0 е ≤ 0,20 мм.

Рассмотрим образование втулки на торце электрода (см. рисунок 3).

Рисунок 3 – Покрытый электрод с образовавшейся на на конце электрода втулкой: 1-металлический стержень; 2-покрытие; 3-торец оплавившегося стержня электрода; 4-втулка

Втулка образуется из покрытия на торце электрода из-за низкой теплопроводности и оказывает благоприятное воздействие на проплавляющую способность дуги вследствие большего воздействия направленных газовых потоков, защиту капель от воздуха. Но глубокая втулка (из-за магнитного дутья и неконцентричного покрытия) относительно стержня чувствительна к образованию козырька (из-за магнитного дутья и неконцентричного покрытия). Присутствие козырька мешает вести нормально сварку, особенно короткой дугой, при сварке корня шва.

Кроме указанных размеров и параметров стандартом регламентируются следующие технологические требования к электродам:

1. Уровень сварочно-технологических свойств – главный показатель для сварщика (требования к сварочно-технологическим свойствам см. пп. 3.13ГОСТ 9466):

•дуга должна легко возбуждаться и стабильно гореть;

•покрытие должно равномерно плавиться без образования козырьков;

•образующийся при сварке шлак должен обеспечивать правильное формирование шва и легко удаляться после охлаждения;

•в металле шва не должно быть трещин и поверхностных пор.

87

Допускаются внутренние поры и шлаковые включения на 100 мм шва в

местах наибольшего скопления размером и в количестве, указанном в

таблице 1, например, для диаметров 3 мм и 4 мм.

Таблица 1– Максимальные размеры и число внутренних пор и шлаковых включений в металле шва не должны превышать норм, указанных в таблице.

2. Состояние поверхности покрытия.

Покрытие должно быть прочным, плотным, без вздутий, пор,

наплывов, трещин. Допускается в определенных количествах и размерах наличие вмятин, задиров, а также отдельных продольных трещин малой протяженности. Эти допускаемые дефекты не влияют на сварочно-

технологические свойства электрода.

3. Прочность покрытия электрода.

Покрытие не должно разрушаться при падении на стальную плиту плашмя (для разных диаметров разная высота падения).

На каждый электрод, т.е. марку, должны быть технические условия или ГОСТ, где должны быть указаны: химический состав; коэффициент наплавки; механические свойства; расход электродов на количество наплавленного металла, например, на 1 кг наплавленного металла в разных положениях; содержание влаги в покрытии перед употреблением.

88

Электроды при их изготовлении сушат с целью удаления влаги и упаковывают. При хранении они могут набирать влагу. Электроды следует хранить в сухих отапливаемых помещениях при температуре не ниже +15°С

в условиях, предотвращающих набирание ими влаги, механические повреждения. (Кусок покрытия взвешивают, прокаливают и снова взвешивают, чтобы определить содержание влаги).

Прокалка электродов

Температура прокалки:

С целлюлозным покрытием – 100°С;

Рутиловым покрытием – 150–180°С;

Основным (УОНИ) – 400–420°С, чтобы не было трещин.

Характеристики плавления электродов

Важным показателем плавления электрода является коэффициент наплавки (αн, г/А·ч), определяющий производительность процесса сварки – это отношение массы металла, наплавленной за единицу времени горения дуги, отнесенное к единице силы сварочного тока.

αн = mн / Jсв·to, г/А·ч.

Для электродов марки МР-3 αн = 8 – 9 г/А·ч.

Следует отметить, что αн не всегда характеризует действительную производительность РДС, которая в значительной степени зависит также и от допускаемой для конкретной марки электрода силы сварочного тока. Более точным показателем эффективности процесса сварки и использованием того или иного электрода является производительность наплавки (Пн, кг/ч)

Пн = αн·Jсв / 1000, кг/ч

Например, для электродов МР-3 Пн = αн·Jсв / 1000 = 8·200/1000 = 1,6

кг/ч.

Для электродов марки ОЗС-3, у которого αн = 15 г/А·ч (т.к. в покрытие входит порошок Fe) Пн = αн·Jсв / 1000 = 15·230/1000 = 3,4 кг/ч.

Расчет массы электродов, требуемой для наплавки 1 кг металла.

Расход электродов на 1 кг наплавления металла (технологический

показатель для определения расхода электродов). Сколько килограммов

89

электродов надо сжечь, чтобы наплавить 1 кг металла? Масса электрода – масса стержня + масса покрытия (40%). В наплавленный металл идет в основном масса стержня + огарок (~ 50 мм стержня) + брызги расплавленного металла. И получается: для МР-3 – 1,7 кг – это теоретически.

В ТУ – 2,0 кг. Для наплавки 1 кг нужно 1,7 кг электродов. ОЗС-3 – 1,3 кг (т.к.

впокрытии 61% Fe-порошка, и он переходит в шов).

Всоответствии с ГОСТ 9466-75 «Электроды покрытые металлические для РДС сталей и наплавки. Классификация, размеры и общие технические требования» все электроды для сварки сталей и сплавов классифицируются

прежде всего по назначению:

• Для сварки углеродистых и низколегированных конструкционных сталей с временным сопротивлением разрыву σв до 60 кг·с/мм2 (590 МПа).

Условное обозначение этой группы – У.

• Для сварки легированных конструкционных сталей с временным сопротивлением разрыву σв свыше 60 кг·с/мм2 (590 МПа) – Л.

(потом вы узнаете, а сейчас предварительно – (ранее среднелегированные)) – стали легированнованные одним или несколькими элементами при их суммарном содержании 2,5–10%, например (30 ХГСА).

Они термообработанные.

•Для сварки теплоустойчивых сталей – Т.

•Для сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами

(коррозионностойкие, жаростойкие, жаропрочные) – В.

• Для наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами

(работающих в условиях абразивных, износо-ударных нагрузок,

металлорежущих инструментов, штамповочных и др.) – Н.

По толщине покрытия

В зависимости от отношения D/d (D – диаметр покрытия, d – диаметр электрода, определяемый диметром стержня) электроды подразделяются:

•С тонким покрытием (D/d ≤ 1,20) – М.

•Со средним покрытием (1,20 ≤ D/d ≤ 1,45) – С.

•С толстым покрытием (1,45 ≤ D/d ≤ 1,80) – Д.

90