Изготовление сварочных и наплавочных материалов. Практикум

Общиесведенияобэлектродах

Подразделение электродов на типы — по ГОСТ 9467–75, ГОСТ 10051–75, ГОСТ 10052–75.

Обозначение типов электродов состоит из индекса «Э» (электро ды для ручной дуговой сварки и наплавки) и следующих за ним цифр

ибукв. У электродов для сварки конструкционных сталей две или три цифры в обозначении указывают прочность металла шва в килограммсиле на квадратный миллиметр (мегапаскалях). Для прочих электродов две или три цифры, следующие за индексом, указывают на среднее со держание массовой доли углерода в наплавленном металле в сотых до лях процента. Химические элементы, содержащиеся в наплавленном

металле, обозначены (как в сталях) следующими буквами: А — азот N2; Б — ниобий Nb; В — вольфрам W; Г — марганец Mn; К — кобальт Со; М — молибден Мо; Н — никель Ni; Р — бор В; С — кремний Si; Т — титан Ti; Ф — ванадий V; Х — хром Cr. Цифры, следующие за буквен ными обозначениями химических элементов, указывают на их сред нее содержание в массовых процентах. После буквенного обозначения химических элементов, среднее содержание которых в наплавленном металле составляет не более 1,5 мас. %, цифры не проставлены. При среднем содержании в наплавленном металле массовой доли Si до 0,8 %

иMn до 1,0 %, буквы С и Г не проставлены.

Каждому типу электродов может соответствовать одна или несколь ко марок электродов.

В ГОСТ 9467–75 стандартизовано 14 типов электродов для сварки конструкционных сталей в зависимости от требований к показателям прочности и пластичности металла шва:

— Э38, Э42, Э46, Э50 для углеродистых и низколегированных конструкционных сталей с временным сопротивлением разрыву до 490 МПа;

— Э42А, Э46А, Э50А для углеродистых и низколегированных конструкционных сталей с временным сопротивлением разрыву до 490 МПа, к металлу сварных швов которых предъявляются повы шенные требования по пластичности и ударной вязкости;

— Э55, Э60 для углеродистых и низколегированных конструкци онных сталей с временным сопротивлением разрыву 490–590 МПа; — Э70, Э85, Э100, Э125, Э150 для легированных конструкционных сталей повышенной и высокой прочности с временным сопротивле

нием разрыву более 590 МПа.

11

Лабораторная работа № 1. Изготовление покрытых электродов рассчитанного состава

Химический состав металла, наплавленного электродами для свар ки конструкционных сталей, стандартом не нормируется, за исключе нием примесей (серы S и фосфора Р): для электродов типа Э38, Э42, Э46, Э50 не более 0,045 мас. % S и 0,050 мас. % Р; для электродов дру гих типов не более 0,035 мас. % S и 0,040 мас. % Р.

ВГОСТ 9467–75 установлено также 9 типов электродов для свар ки легированных теплоустойчивых сталей, для которых нормирова ны как механические свойства металла шва, так и химический состав наплавленного металла.

ВГОСТ 10051–75 установлено 44 типа электродов для наплавочных работ. Для всех типов электродов стандартизован химический состав наплавленного металла и его твердость при комнатной температуре.

ГОСТ 10052–75 предусматривает 49 типов электродов для свар ки коррозионно-стойких, жаропрочных и жаростойких высоколеги рованных сталей с различной структурой и ряда никелевых сплавов.

У электродов номинальная длина (L), определяемая в соответ ствии с диаметром стержня (d), и длина очищенного от покрытия кон ца (l) регламентируются в зависимости от их диаметров в соответствии

сГОСТ 9466–75 (табл. 1).

Таблица 1

Номинальная длина (L), мм, и длина очищенного от покрытия конца (l), мм,

в зависимости от диаметра электрода, мм (ГОСТ 9466–75)

12

*Размеры в скобках применять не рекомендуется.

Всоответствии с ГОСТ 9466–75 электроды подразделяются по толщине покрытия в зависимости от отношения диаметра покрытия (D)

кдиаметру электрода (d):

— 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; — особо толстым покрытием (D/d > 1,80) — Г.

Электроды подразделяются по допустимым пространственным положениям сварки или наплавки:

— для всех положений — 1; — всех положений, кроме вертикального сверху вниз, — 2;

— нижнего, горизонтального на вертикальной плоскости и верти кального снизу вверх — 3;

— нижнего и нижнего в лодочку — 4.

В ГОСТ 9466–75 предусматривается классификация электродов по характеристикам сварочного тока (роду и полярности), применя емого при сварке или наплавке, а также по номинальному напряже нию холостого тока используемого источника питания дуги перемен ного тока частотой 50 Гц.

Вид покрытия, обозначения, характеристики, состав и назначение

Покрытые металлические электроды для дуговой сварки по их ме таллургическому воздействию на металл шва в сварочной ванне в со ответствии с ГОСТ 9466–75 классифицируют на следующие виды:

— с кислым (рудно-кислым) покрытием — А;

13

Лабораторная работа № 1. Изготовление покрытых электродов рассчитанного состава

— основным покрытием (basic — основание) — Б; — целлюлозным покрытием — Ц; — рутиловым покрытием — Р;

— покрытием смешанного вида — соответствующее двойное ус ловное обозначение;

— прочими видами покрытий — П.

При наличии в составе покрытия железного порошка в количе стве более 20 мас. %, к обозначению вида покрытия электрода следу ет добавлять букву Ж.

Электроды с кислым покрытием выпускаются в весьма малом ко личестве, к ним относят марки СМ 5, АМО 1 и др.

Покрытиесостоитизбольшогоколичестваокисловжелеза(Fe2O3)или марганца (MnO) и различных силикатов с высоким содержанием SiO2; в покрытии может присутствовать также ильменит и титановый концен трат. Раскислителем обычно является ферромарганец. Газовая защита осуществляется путем введения органических компонентов, например электроднойцеллюлозывколичестведо5мас. %.Сэнергетическойточки зрения электроды с кислым покрытием имеют ряд преимуществ: харак теризуются достаточно высокой скоростью расплавления, обеспечивают сварку на форсированных режимах. Они обладают также высокой про плавляющей способностью. Электроды с кислым покрытием наиболее технологичны при сварке в нижнем положении, но могут быть исполь зованы и для выполнения вертикальных и горизонтальных швов. Такие электроды имеют, как правило, тип покрытия Э42 или Э46 и могут при меняться для сварки, а также ремонтной сварки, металлоконструкций из низкоуглеродистых сталей, в т. ч. металла с повышенным содержани ем серы в поверхностном слое, со следами окалины и коррозии.

К рутиловым электродам относят электроды марок АНО 4, АНО 6, АНО 14, АНО 21, ЦМ 9, ОЗС 4, ОЗС 12, ОЗС 32, НЭ 46 и др., к иль менитовым — АНМ 1, АНО 24, МЭЗ 103, ОЗС 21 и др.

Электроды с рутиловым покрытием обладают высокими сварочнотехнологическими свойствами, обеспечивают получение швов с глад кими и плавными очертаниями во всех пространственных положениях.

Покрытие состоит из большого количества рутила с содержанием TiO2 ≥ 95 мас. % или ильменита, алюмосиликатов (калиевая слюда, каолин, полевой шпат), умеренного количества карбонатов (мрамор,

14

Общиесведенияобэлектродах

магнезит). Вместо рутила в покрытии может содержаться 45–50 мас. % ильменита. В качестве легирующего и раскисляющего компонента используют ферромарганец. Газовая защита помимо карбонатов осу ществляется целлюлозой, вводимой в покрытие электродов до 5 мас. %. В качестве связующего вещества применяют калиево натриевое или натриево калиевое жидкое стекло.

Атмосфера дуги является слабоокисленной за счет кислорода, об разующегося при диссоциации карбонатов (СаСО3 → СаО + СО + ½О2), разложении целлюлозы, диссоциации влаги покрытия (гигроскопи ческой и конституционной).

Электроды с рутиловым покрытием обладают высокими свароч но-технологическими свойствами. Они позволяют легко сваривать не только на постоянном, но и на переменном токе, практически во всех пространственных положениях, обеспечивают хорошее фор мирование сварных швов с гладкими и плавными очертаниями, лег кое отделение шлака. Важной характеристикой таких электродов яв ляется их сравнительно низкая токсичность при сварке.

Перечисленные особенности рутиловых электродов сделали их незаменимыми для сварки ответственных конструкций из углеро дистых и низколегированных конструкционных сталей прочностью до 490 МПа (50 кгс/мм 2).

На базе электродов с рутиловым покрытием разработаны высоко производительные электроды за счет введения в покрытие железного порошка, являющегося дополнительным присадочным материалом, повышающим коэффициент наплавки.

К целлюлозным электродам относят электроды марок ВСЦ 4, ВСЦ 4А, ВСЦ 60 и др.

Покрытие электродов состоит из большого количества целлюло зы — 40–45 мас. % — для образования при сварке большого количе ства газов. Шлакообразующими компонентами являются рутил, тальк, асбест, иногда марганцевая руда или гематит. Для раскисления метал ла применяют ферромарганец, поскольку введение активных раскис лителей (ферротитана и особенно ферросилиция) могло бы увеличить чувствительность металла шва к образованию пор. Связующим веще ством служит натриевое или натриево калиевое жидкое стекло.

По причине высокого содержания целлюлозы покрытие электродов обеспечивает мощную газовую защиту наплавленного металла, несмо

15

Лабораторная работа № 1. Изготовление покрытых электродов рассчитанного состава

тря на малое значение коэффициента массы покрытия — до 25 мас. %. Газы, выделяющиеся при разложении целлюлозы, содержат большое количество Н2, СО и умеренное количество О2.

Электроды с целлюлозным покрытием характеризуются высокой проплавляющей способностью, значительной скоростью расплавле ния, возможностью выполнения сварки во всех пространственных положениях, в т. ч. сверху вниз при высокой линейной скорости, до стигающей 25 м/ч, обеспечением глубокого проплавления основно го металла. Сварка корневого шва производится методом опирания с формированием обратной стороны шва (обратный валик), поэтому при сварке отпадает необходимость подварки швов изнутри и обеспе чивается наиболее благоприятная для работоспособности форма про плавления сварных соединений. Электроды с целлюлозным покры тием нашли широкое применение при сварке стыков магистральных трубопроводов, в т. ч. корневых швов.

Кнедостаткам таких электродов следует отнести повышенные по тери электродного металла на разбрызгивание, образование узких тре щиноподобных подрезов по свариваемым кромкам, грубочешуйчатую поверхность швов, высокий уровень содержания в металле швов диф фузионно-подвижного водорода.

Кэлектродам с основным покрытием относят электроды марок АНО 7, АНО 23, ВСО 50СК, ОЗС 18, ТМУ 21У, ЦУ 7, УОНИ 13/45, УОНИ 13/55 и др. для сварки углеродистых и низколегированных ста лей. К ним также относят практически все марки электродов для сварки углеродистых, низколегированных и легированных сталей повышенной

ивысокой прочности, легированныхтеплоустойчивых сталей, высоколе гированных, коррозионно-стойких, жаропрочных ижаростойких сталей.

Покрытие состоит из большого количества карбонатов, главным образом мрамора СаСО3, фторидов кальция, преимущественно пла викового шпата СаF2, небольшого количество кварца или рутила. Такое покрытие еще называют фтористо-кальциевым. Раскислите лями являются ферротитан, ферросилиций, ферромарганец, ино гда ферроалюминий. В качестве связующего вещества применяют натриевое или натриево калиевое жидкое стекло. Высокая чисто та наплавленного металла (отсутствие различных вредных включе ний и газов) позволяет применять такие электроды для сварки от ветственных и особо ответственных конструкций из углеродистых

инизколегированных сталей.

16

Порядоквыполненияработы

Модификацию электродов с основным покрытием с дополнитель ным легированием необходимыми элементами применяют для свар ки сталей повышенной и высокой прочности, а также легированных теплоустойчивых сталей.

На базе основного вида покрытия разработаны многочисленные марки электродов, предназначенные для сварки высоколегированных сталей, а также электроды для наплавочных работ.

К недостаткам основного покрытия следует отнести как низкую технологичность при сварке переменным током, так и трудности при изготовлении электродов, в частности использование специальных до бавок — пластификаторов; чувствительность к образованию пор при увлажнении покрытия и наличие влаги, окалины или ржавчины на сва риваемых кромках. Из-за с высокой степени раскисления сварочная ванна адсорбирует водород в значительном количестве по сравнению с нераскисленной, поэтому необходимо строго ограничивать содер жание влаги в электродном покрытии путем высокотемпературной прокалки его на заводах-изготовителях, повторной прокалки перед сваркой, хранения перед сваркой в специальных термопеналах и т. п.

Покрытые электроды применяют при дуговой электрической свар ке конструкционных, легированных сталей с особыми свойствами, при сварке чугунов и при наплавке. Электроды подразделяют по толщине покрытия: с тонким, со средним, с толстым и особо толстым покры тием, — и поэтому они способны, наряду с защитой, значительно ле гировать металл шва, меняя химический состав и механические свой ства наплавленного металла.

Технология изготовления металлических покрытых электродов сводится к обработке электродной проволоки, материалов покрытия, составлению сухой смеси, приготовлению замеса (обмазочной массы), ее брикетированию, нанесению покрытия на стрежень, сушке и про калке электродов.

Порядок выполнения работы

Цель лабораторной работы — ознакомиться с технологией изго товления электродов методом опрессовки и с контролем качества из готовленных электродов, получить практические навыки работы.

17

Лабораторная работа № 1. Изготовление покрытых электродов рассчитанного состава

Необходимые материалы:

— порошкообразные материала для изготовления сварочных элек тродов марки МР 3;

— стержни из сварочной проволоки марки Св 08 А диаметром 4 мм; — жидкое K Na-стекло, имеющее плотность ρ = 1,40 г/см 3 (сили

катный модуль М = 3,0; вязкость η = 800 сП). Оборудование, приспособления, инструмент:

— сварочный пост ручной дуговой сварки с выпрямителем посто янного тока ВД 306;

— весы лабораторные с разновесами ВЛКТ 2000 М; — набор сит для рассева порошковых компонентов №№ 005–0315;

— печь для сушки порошковых компонентов и прокаливания элек тродов ЭПЭ 4;

— лабораторный смеситель сухой шихты; — мензурка объемом 100 мл;

— набор мерительного инструмента — микрометр МК 25; штанген циркуль ШЦ 1-125-0,1; линейка металлическая измерительная Л 500;

— мерный стакан объемом 50 см 3; — емкость для приготовления замеса; — лабораторный электродный пресс;

— устройство для сушки электродов на воздухе; — плита для правки стержней.

Порядок выполнения работы следующий. 1) Проконтролировать исходные материалы.

Каждый порошковый компонент проверить: по сертификату хи мический состав; гранулометрический состав путем рассева через на бор сит.

Стержни проверить: по сертификату химический состав; размеры стержней (диаметр и длина); качество поверхности на отсутствие сле дов ржавчины, масла и других загрязнений.

Жидкое стекло проверить: по сертификату силикатный модуль и вязкость; плотность путем взвешивания с точностью до 0,1 г объе ма жидкого стекла равного 50 см 3.

2) Взвесить компоненты шихты электродного покрытия, а также жидкого стекла с точностью 0,1 г по рассчитанной на практическом занятии № 5 рецептуре состава покрытия электродов марки МР 3. Со став покрытия электродов приведен в табл. 2. Общая масса шихты для оптимальной загрузки обмазочного пресса должна быть кратна 0,1 кг.

18

Порядоквыполненияработы

Таблица 2

Состав покрытия электродов

3)Подготовить стержни к нанесению покрытия: удалить заусен цы с торцов прутков; исправить возможную кривизну на правильной плите (согласно ГОСТ 9466–75 кривизна электродов не должна пре вышать 0,002–0,040 длины электрода); с поверхности стержней уда лить возможные следы смазки или ржавчины.

4)Из компонентов, составляющих покрытие, приготовить ме ханическую смесь. Загрузить взвешенные компоненты сухой ших ты в лабораторный смеситель и перемешать. Время смешивания должно составлять 10–15 мин. Готовая смесь должна иметь одно родный цвет.

5)Полученную сухую смесь высыпать в емкость для приготовле ния замеса, добавить согласно рецептуре жидкое стекло и, пользуясь месилкой или пестиком, размешать смесь, чтобы получить однород ную массу в виде упругого теста. Время смешивания должно состав лять 5–10 мин. Необходимо следить за тщательностью перемеши вания, т. к. от стабильности состава покрытия зависит стабильность химического состава наплавленного металла и стабильность техноло гических характеристик электрода.

19

Лабораторная работа № 1. Изготовление покрытых электродов рассчитанного состава

6)Готовую обмазочную массу, после выгрузки из емкости для при готовления замеса, завернуть в мокрый холст для предотвращения вы сыхания на воздухе.

7)Емкость для приготовления замеса после удаления из нее обма зочной массы тщательно вымыть горячей водой.

8)Загрузить электродные прутки в прутковый питатель электро дного пресса.

9)Установить в обмазочную головку электродного пресса калибру ющую втулку требуемого диаметра и отрегулировать соосность рас положения отверстия калибрующей втулки и электродного стержня.

10)Из обмазочной массы изготовить брикет и загрузить его в об мазочный цилиндр электродного пресса.

11)Включить электродный пресс и нанести обмазочную массу на электродные стрежни. При нанесении покрытия контролировать соответствие скоростей подачи стержней и обмазочной массы.

После использования всей обмазочной массы все детали обмазоч ной головки должны быть тщательно вымыты горячей водой.

12)Зачистить концы электродов в соответствии с требованиями ГОСТ 9466–75.

Поставить или подвесить электроды в устройство для сушки и за крепить. Сушить при комнатной температуре 5–24 ч.

13)Поместить электроды в печь и прокалить при температуре

Т= (180 ± 20) °С в течение 2–3 ч.

14)Проконтролировать готовые электроды. Для этого провести ви зуальный контроль качества поверхности покрытия электродов: по крытие должно быть равномерного цвета, без вздутий, трещин, пор, вмятин и задиров.

Проверить разность толщины (e) покрытия электродов. Для этого в трех местах электрода, смещенных относительно друг друга на 50– 100 мм по длине и на (120 ±15)°по окружности, напильником удалить покрытие на участке 10–15 мм, в соответствии со схемой, приведен ной на рис. 1. Размеры в местах, где удалено покрытие, измерить ми крометром с погрешностью 0,01 мм.

Разнотолщинность покрытия (e) определяется как среднее ариф

метическое между тремя замерами размеров Si (согласно рис. 1), где i — номера замеров, смещенных на угол (120±15)°, i = 1, 2, 3. Допускаемая разнотолщинность не должна превышать 0,20 мм.

20