Изготовление сварочных и наплавочных материалов. Практикум

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина

Изготовление сварочных и наплавочных материалов

Практикум

Рекомендовано методическим советом Уральского федерального университета для студентов вуза, обучающихся

по направлениям подготовки:

15.04.01— Машиностроение;

15.05.01— Проектирование технологических машин и комплексов

Екатеринбург Издательство Уральского университета

2023

УДК 621.791(075.8) ББК 34.641я73

И32

Рецензенты:

д р техн. наук, проф. Урал. гос. лесотехн. ун-та Б. А. Потехин; канд.техн.наук,доц.,директорЗАО«Заводсварочныхматериалов»А. Н. Балин

Научный редактор — д р техн. наук, проф. Ю. С. Коробов

        Изготовление сварочных и наплавочных материалов : практи И32 кум / А. С. Табатчиков, Ю. С. Коробов, Н. М. Разиков, Л. А. Онищенко ; М во науки и высш. образования РФ. — Екатеринбург : Изд-во Урал. ун-та, 2023. — 66, [2] с. — ISBN 978-5-7996-3727-9. — Текст: непосредственный.

ISBN 978-5-7996-3727-9

В практикуме представлены сведения, необходимые для подготовки и про ведения лабораторных работ по дисциплине «Разработка сварочных материалов». Рассмотрены основные сварочные материалы: порошковая проволока, покрытые электроды и керамический флюс. Практикум содержит краткие сведения о свароч ных материалах, основам их изготовления, методикам и порядку проведения лабо раторных работ.

Практикум предназначен бакалаврам, может быть полезен для магистрантов и аспирантов, а также для научных и инженерно-технических работников по на правлениям сварки и родственных ей технологий.

Библиогр.: 14 назв. Табл. 11. Рис. 3.

УДК 621.791(075.8) ББК 34.641я73

Содержание

3

Предисловие

Целью практикума является закрепление знаний, получен ных при изучении курса «Разработка сварочных материа лов», и освоение практических навыков, необходимых для

выбора и расчета покрытых электродов, сплошных и порошковых про волок, флюсов и разработки технологии их изготовления.

В результате изучения данного практикума обучающийся должен знать:

— классификацию, основные характеристики и назначение свароч ных (наплавочных) электродов, проволок, флюсов, порошков и газов; — принципы выбора сварочных и наплавочных материалов исхо дя из условий работы конструкции и химического состава основно

го металла; — методы расчета состава покрытий электродов, порошковых про

волок и флюсов (в т. ч. керамических); — особенности технологии и оборудования для производства штуч

ных электродов, порошковых проволок и флюсов.

При овладении знаниями по изучаемой дисциплине необходимо использовать знания, полученные при изучении других дисциплин: материаловедения, теории сварочных процессов, оборудования и тех нологии сварки плавлением, восстановления и упрочнения деталей машин и механизмов и др.

Описание всех лабораторных работ составлено по единому пла ну в следующей последовательности: название работы; основные те оретические положения; цель работы; необходимые для выполнения работы оборудование, инструменты и материалы; порядок проведе ния работы; указания по составлению отчета; контрольные вопросы.

Краткие теоретические сведения, приведенные в начале каждой работы, разъясняют цели и задачи лабораторной работы и помогают студентам правильно и осмысленно ее выполнить; затем указываются конкретные задания и приводятся методические указания о порядке их выполнения, даются указания по составлению отчета. Для закрепления знаний и навыков, полученных в результате выполнения лаборатор ных работ, в конце каждой работы приводятся контрольные вопросы.

4

Общие методические рекомендации к проведению лабораторных работ

Большинство лабораторных работ состоит из нескольких ча стей, выполняемых отдельно, что позволяет конкретизиро вать поставленные перед студентами задачи в зависимости

от имеющегося оборудования, инструментов и материалов. Лабораторные работы проводятся после изучения студентами тео

ретического материала по данной теме. Для проведения лабораторных работ по дисциплине «Разработка сварочных материалов» требуется специальные оборудование, приборы и инструменты, поэтому учеб ная группа должна делиться на две подгруппы, которые, в свою оче редь, разбиваются на бригады по два или три человека. Можно прак тиковать одновременное выполнение нескольких работ. Необходимо, чтобы студенты приходили в лабораторию электродных материалов, зная теоретический материал по теме проводимой работы. Кроме того, они должны иметь подготовленные формы таблиц и другие материалы для записей, составленные по образцам, приведенным в данной книге.

Пользуясь настоящими указаниями, студент может самостоятель но выполнять все лабораторные работы, а вводные пояснения препо давателя могут быть сведены к минимуму.

На каждую лабораторную работу студент составляет письменный отчет, иллюстрированный эскизами, рисунками, таблицами. Офор мить отчет и сдать его преподавателю необходимо в течение недели после выполнения лабораторной работы.

Учет выполнения лабораторных работ ведется в специальном жур нале, в котором после проверки отчетов и собеседования со студен том преподаватель выставляет отметку о зачете данной работы. Сту дент допускается к выполнению следующей работы только после того, как у него принят отчет о предыдущей работе.

До начала выполнения лабораторных работ студенты должны ознакомиться с инструкциями по технике безопасности (ТБ) и проти вопожарной безопасности (ППБ). Техника безопасности представля ет собой совокупность знаний и положений организационно-техниче

5

Общие методические рекомендации к проведению лабораторных работ

ского характера, направленных на обеспечение полной безопасности, безвредности и облегчения труда работающих. Обязательным для каж дого студента, приступающего к выполнению лабораторных работ по контролю сварных соединений, является знание соответствующих положений по технике безопасности.

Ввиду того что ряд технологических и контрольных приборов ра ботает под напряжением, следует обращать особое внимание на элек тробезопасность. На случай пожара лаборатория должна быть осна щена огнетушителем.

После ознакомления с правилами по ТБ и ППБ студенты распи сываются в контрольном листе инструктажа. Общее руководство, по следовательность и порядок выполнения каждой работы осуществляет преподаватель, ведущий занятия. Контроль за работой оборудования, подготовкой аппаратуры, необходимыми материалами и проведением экспериментов выполняет учебный мастер. После выполнения прак тических работ оборудование должно быть отключено, инструмент и приборы убраны, рабочие места приведены в надлежащий порядок.

6

Лабораторная работа № 1. Изготовление покрытых электродов рассчитанного состава

Общие сведения об электродах

Покрытый электрод представляет собой металлический стер жень, на поверхность которого методом опрессовки под давлением нанесено специальное покрытие. В зависимо

сти от назначения электродов и требований к их свойствам, для из готовления электродов применяют стержни из металлов различных составов, а покрытия готовят из порошков руд, минералов, металлов

исплавов, химикатов в разнообразных количествах и сочетаниях. По крытие сварочных электродов предназначено для повышения устой чивости горения дуги при сварке, образования комбинированной га зошлаковой защиты сварочной ванны, легирования и рафинирования металла сварного шва.

Взависимости от назначения к электроду предъявляют различ ные требования.

Общие требования для всех типов электродов:

— обеспечение устойчивого горения дуги; хорошее формирова ние шва;

— получение металла шва определенного химического состава

исвойств, свободного от дефектов;

— спокойное и равномерное горение и плавление электродного стержня и покрытия в процессе сварки;

— минимальные потери электродного металла от угара и разбрыз гивания;

— высокая производительность сварки; — легкая отделимость шлаковой корки с поверхности шва; — достаточная прочность покрытия;

7

Лабораторная работа № 1. Изготовление покрытых электродов рассчитанного состава

— сохранение физико-химических и технологических свойств электродов в течение определенного промежутка времени;

— минимальная токсичность при изготовлении и сварке. К электродам предъявляют ряд специальных требований:

— получение швов заданной формы (вогнутая поверхность шва, глубокий провар и др.);

— возможность сварки в различных пространственных положени ях, возможность сварки определенным способом (сварка опиранием, сварка вертикальных швов способом сверху вниз и др.);

— получение металла шва со специальными свойствами (повы шенной прочности, износостойкости, коррозионной стойкости, жа ропрочности, окалиностойкости и т. п.).

Для удовлетворения всех общих и специальных требований, в по крытия электродов вводят определенные вещества — шлакообразую щие, газообразующие, раскислители, легирующие, стабилизирующие, связующие, а также применяют стержни различного состава. Для по вышения пластичности обмазочной массы, в состав покрытия вводят пластификаторы. В качестве связующих материалов при изготовлении покрытых электродов чаще всего используют натриевое, калиевое или натриево калиевое жидкое стекло. В покрытиях некоторых электродов для связки применяют лаки и поршкообразные пластмассы. Многие составляющие покрытия выполняют одновременно несколько функ ций. Например, мрамор, магнезит и доломит являются и газообразую щими, и шлакообразующими составляющими. Полевой шпат, слюда, жидкое стекло — шлакообразующими и стабилизирующими, ферро сплавы — раскислителями и легирующими. Состав покрытия выби рают в зависимости от назначения электродов и требуемых состава и свойств металла шва.

Классификация электродов

В отечественной сварочной технике принята система классифика ции электродов, облегчающая их выбор. Эта классификация утверж дена в государственных стандартах на электроды:

— ГОСТ 9466–75 «Электроды покрытые металлические для руч ной дуговой сварки сталей и наплавки. Классификация, размеры и об щие технические требования»;

8

Общиесведенияобэлектродах

— ГОСТ 9467–75 «Электроды покрытые металлические для ручной дуговой сварки конструкционных и теплоустойчивых сталей. Типы»; — ГОСТ 10051–75 «Электроды покрытые металлические для руч ной дуговой наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами.

Типы»; — ГОСТ 10052–75 «Электроды покрытые металлические для руч

ной дуговой сварки высоколегированных сталей с особыми свойства ми. Типы».

Электроды для сварки и наплавки цветных металлов и чугуна соот ветствуют техническим условиям на каждую марку электродов и ГОСТ 9466–75 (размеры и общие технические требования).

В соответствии с требованиями ГОСТ 9466–75 электроды класси фицируются по маркам, назначению, типам, толщине электродного покрытия, видам покрытия, допустимым пространственным положе ниям сварки (наплавки), характеристикам сварочного тока.

Для оценки зарубежных электродов и поставки электродов за ру беж, наравне с указанными действуют российские стандарты, иден тичные соответствующим международным стандартам:

— ГОСТ Р ИСО 2560–2009 «Материалы сварочные. Электроды покрытые для ручной дуговой сварки нелегированных и мелкозерни стых сталей. Классификация» (ISO 2560:2009 “Welding consumables — Covered electrodes for manual metal arc welding of non-alloy and fne grain steels — Classifcation”);

— ГОСТ Р ИСО 3580:2009 «Материалы сварочные. Электроды по крытые для ручной дуговой сварки жаропрочных сталей. Классифи кация» (ISO 3580:2004 “Welding consumables — Covered electrodes for manual metal arc welding of creep-resisting steels — Classifcation”);

— ГОСТ Р ИСО 3581–2009 «Материалы сварочные. Электроды по крытые для ручной дуговой сварки коррозионно-стойких и жаростой ких сталей. Классификация» (ISO 3581:2003 (Е) “Welding consumables — Covered electrodes for manual metal arc welding of stainless and heat-resisting steels — Classifcation”) с учетом поправки ИСО 3581:2003/ДАМ 1 «Ма териалы сварочные. Электроды покрытые для ручной дуговой сварки коррозионно-стойких и жаростойких сталей. Классификация» (ISO 3581:2003DAM 1 “Welding consumables — Covered electrodes for manual metal arc welding of stainless and heat-resisting steels — Classifcation”);

— ГОСТ Р ИСО 18275:2020 «Материалы сварочные. Электроды по крытые для ручной дуговой сварки высокопрочных сталей. Классифи

9

Лабораторная работа № 1. Изготовление покрытых электродов рассчитанного состава

кация» (ISO 18275:2018 “Welding consumables — Covered electrodes for manual metal arc welding of high-strength steels — Classifcation”).

Для оценки зарубежных порошковых проволок и поставки по рошковых проволок за рубеж также применяют международный стандарт DIN EN ISO 14172–2004 “Welding consumables — Covered electrodes for manual metal arc welding of nickel and nickel alloys — Classification” («Материалы расходуемые для сварки. Покрытые электроды для ручной дуговой сварки никеля и никелевых спла вов. Классификация»).

Всварочной технике различные электроды известны главным об разом по своим марочным наименованиям, которые устанавливаются

втехнической документации организаций-разработчиков и изгото вителей. В нашей стране по принятой практике в буквенном обозна чении марки электродов в закодированном виде, как правило, пред ставлено наименование организации-разработчика:

— ОЗС, ОЗЛ, ОЗН — Московский опытный сварочный завод, те перь ОАО «Спецэлектрод»;

— АНО, АНВ — Институт электросварки им. Е. О. Патона АН Украины;

— ЦТ, ЦЛ — ЦНИИТМаш; — электроды серии ЭНТУ — МВТУ им. Н. Э. Баумана.

Для ряда электродов приняты другие принципы обозначения — ЭА (электроды аустенитного класса).

Вцифровой части марочного названия указывают обычно поряд ковый номер разработки — электроды серий ОЗС, ОЗЛ, АНО, АНВ, ЦЛ, ЦТ (например, ОЗС 4, ОЗЛ 36, АНО 4 и т. д.). У электродов серии УОНИ 13 последующие цифры указывают или прочностной класс ме талла шва в килограмм-силе на квадратный миллиметр (мегапаскалях), или марку проволоки, из которой изготовляют электроды. У электро дов серии ЭА в цифровой части обозначена марка проволоки.

По назначению электроды подразделяют:

— для сварки углеродистых и низколегированных конструкци онных сталей с временным сопротивлением разрыву до 590 МПа (60 кгс/мм 2) — У (условное обозначение);

— сварки легированных конструкционных сталей с временным со противлением разрыву до 590 МПа (60 кгс/мм 2) — Л;

— сварки легированных теплоустойчивых сталей — Т; — наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами — Н.

10