3.Электроды для дуговой сварки.

Электроды для дуговой сварки

Posted in

• Сварочные работы

Электроды для ручной дуговой сварки изготавливают в виде стержней, выполненных из холоднотянутой калиброванной сварочной проволоки, на которую методом опрессовки под давлением наносят слой защитного покрытия. Роль покрытия заключается в металлургической обработке сварочной ванны, защите ее от атмосферного воздействия и обеспечении более устойчивого горения дуги. В состав защитного покрытия входят: стабилилизирующие вещества обеспечивающие устойчивый процесс горения дуги за счет соединений щелочных и щелочеземельных металлов, обладающих низким потенциалом ионизации. К таким металлам относят калий, натрий, кальций, которые содержатся в кальцинированной соде, поташе, некоторых видах известняка и мрамора; шлакообразующие компоненты, представляющие собой руды (титановые и марганцевые) и различные минералы (полевой шпат, гранит, кремнозем, плавиковый шпат). При помощи шлакообразующих компонентов вокруг сварочной ванны создается защитная шлаковая пленка, препятствующая окислительным процессам; газообразующие — неорганические (мрамор СаСОэ, магнезит MgC03 и др.) и органические (крахмал, древесная мука и т.п.) вещества. Роль этих веществ сводится к дополнительной защите сварочной ванны за счет выделенных газов, образующих защитную облочку; легирующие элементы и раскислители кремний, марганец, титан, и другие, а также сплавы этих элементов с железом. Их применяют для наполнения сварочной ванны легирующими элементами, придавая металлу нужный состав. Алюминий как раскислитель вводится в покрытие в виде порошка-пудры; раскисляющие вещества позволяют восстанавливать металлы из образовавшихся в сварочной ванне окислов. Для этого служит ферромарганец, ферросилиций и ферротитан; связующие компоненты — водные растворы силикатов натрия и калия, называемые жидким стеклом, придают покрытию, созданному из порошковых материалов монолитность; формовочные добавки — вещества, придающие покрытию лучшие пластические свойства (бетонит, каолин, декстрин, слюда и пр.).   Для обеспечения устойчивого горения дуги в покрытия вводят вещества, содержащие элементы с низким потенциалом ионизации (соли щелочных металлов). С целью повышения производительности сварки в покрытия добавляют железный порошок, содержание которого может достигать до 60% массы покрытия. При ручной дуговой сварке плавлением применяют неплавящиеся и плавящиеся электроды, а также другие вспомогательные материалы. Неплавящиеся электродные стержни изготовляют из вольфрама, электротехнического угля или синтетического графита. Угольные и графитовые электроды (стержни) изготовляют диаметром от 4 до 18 мм длиной 250 и 700 мм. Графитовые электроды имеют лучшую электропроводность и более стойки против окисления при высоких температурах, чем угольные электроды. Для автоматической и полуавтоматической сварки электродом служит калиброванная проволока диаметром от 0,3 до 12 мм, так называемая сварочная иля электродная проволока, которую поставляют в мотках и катушках массой от 2 до 80 кг. В настоящее время находят также применение порошковая (трубчатая с наполнителем) проволока, голая легированная проволока, электродная лента и пластины. Плавящиеся электроды  изготовляют из сварочной  проволоки,  которая  согласно  ГОСТ 2246—70 разделяется на углеродистую, легированную и высоколегированную. Всего в ГОСТ включено 77 марок проволоки. 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 элемента. Условное буквенное обозначение легирующих элементов приведено в таблице. Обозначение легирующих элементов   Наименование Условное обозначение элемента по таблице Менделеева При маркировке металла Наименование Условное обозначение элемента по таблице Менделеева При маркировке металла Марганец Мn Г Титан Ti Т Кремний Si С Ниобий Nb Б Хром Сг X Ванадий V Ф Никель Ni Н Кобальт Со К Молибден Mo М Медь Сu Д Вольфрам W В Бор В Р Селен Se Е Азот N А* Алюминий AI Ю         *В высоколегированных  сталях   (нельзя  ставить  в  конце  обозначения марки). Буква А в конце марки стали свидетельствует о том, что она высококачественная и в ней находится минимальное количество серы и фосфора. Обозначение сварочной проволоки состоит из букв Св (сварочная) и буквенно-цифрового обозначения ее состава. Например, проволока из низкоуглеродистой кремнемарганцевой стали, содержащей 1,40—1,8% Мn и 0,60—0,85% Si, обозначается Св-08Г2С по ГОСТ 2246—70. Проволока для изготовления электродов для сварки алюминия и его сплавов маркируется: АО, А1, АД, АД1, АМц, АМг и т. д., где цифра показывает общее количество примесей (ГОСТ 7871—75). Выпускается также стальная наплавочная проволока по ГОСТ 10543—75. Для сварки меди и ее сплавов применяют электроды со стержнями из медной проволоки M1 и М2, бронзы Бр.КМцЗ-1 и др. Медь маркируется буквой М, бронзы — буквами Бр.   Типы электродов и их применение 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), виду и толщине покрытия, химическому составу стержня и покрытия, характеру шлака, механическим свойствам металла шва и способу нанесения покрытия (опрессовкой или окунанием ). Основными требованиями для всех типов электродов являются: обеспечение стабильного горения дуги и хорошего формирования шва; получение металла сварного шва заданного химического состава; спокойное и равномерное расплавление электродного стержня и покрытия; минимальное разбрызгивание электродного металла и высокая производительность сварки; легкая отделимость шлака и достаточная прочность покрытий; сохранение физико-химических и технологических свойств электродов в течение определенного промежутка времени;       минимальная токсичность при изготовлении и при сварке. Все электроды для ручной сварки можно разделить на следующие группы: «В» — для сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами - 49 типов; «Л» — для сварки легированных конструкционных сталей с временным сопротивлением разрыву свыше 600 МПа - пять типов (Э70, Э85, Э100, Э125, Э150); «Т» — для сварки легированных теплоустойчивых сталей - девять типов; «У» — для сварки углеродистых и низколегированных конструкционных сталей с временным сопротивлением разрыву; «Н» — для наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами — 44 типа. Цифры в обозначениях электродов для сварки конструкционных сталей означают гарантируемый предел прочности металла шва. По толщине покрытия электроды подразделяются на электроды с тонким, средним, толстым и особо толстым покрытиями. По виду покрытия электроды подразделяются: с кислым покрытием — А; с основным покрытием — Б; с целлюлозным покрытием — Ц; с рутиловым покрытием — Р; с покрытием смешанного вида — с двойным обозначением; с прочими видами покрытий — П. Выпускаемые промышленным способом электроды в зависимости от допустимого пространственного положения сварки могут делиться на четыре группы: электроды, которыми можно варить во всех положениях шва — 1; электроды, предназначенные для всех положений, кроме вертикального сверху вниз — 2; для нижнего, горизонтального на вертикальной плоскости и вертикального снизу вверх — 3; для нижнего и нижнего в лодочку — 4. Электроды обозначаются буквой «Э», а затем следуют цифры, указывающие прочностные характеристики наплавленного металла. Например, обозначение Э-42 указывает, что электроды этого типа обеспечивают минимальное временное сопротивление 420 МПа. Если в обозначении после цифр стоит буква «А», то это означает, что этот тип электрода обеспечивает более высокие пластические свойства наплавленного металла. Электроды различают по маркам, которые указаны в их паспорте. Одному и тому же типу электродов может соответствовать несколько марок. К примеру, электродам типа Э-46 соответствуют марки АНО-4, МР-3 и некоторые другие; для электродов типа Э-42 соответствуют марки УОНИ-13/45 и СМ-11. Область применения некоторых типов электродов можно определить по таблице. Типы электродов и их применение   Тип электрода Относительное удлинение, % Назначение Э70 Э85 Э100 Э125 Э150 14 12 10 8 6 Сварка легированных конструкционных сталей повышенной и высокой прочности с временным сопротивлением 600 МПа Э55 ЭбО 20 18 Сварка углеродистых и низколегированных конструкционных сталей с временным сопротивлением 500-600 МПа Э38 Э42 Э46 Э50 14 18 18 16 Сварка углеродистых и низколегированных конструкционных сталей с временным сопротивлением до 500 МПа Э42А Э46А Э50А 22 22 20 Сварка углеродистых и низколегированных инструкционных сталей с повышенными требоваиями к пластической ударной вязкости   Примечание: Для электродов типа Э70, Э85, Э100, Э150 механические свойства указаны после термообработки. Перед сваркой необходимо ознакомиться с надписью на этикетке пачки. К примеру, если на упаковочной пачке стоит условное обозначение: Э42 - УОНИ- 134/45 - УД Е432(5) - Б1 = ОП то это означает: Э42А — тип электрода с прочностной 420 Мпа; УОНИ — 13/45 — марка электрода; 3 — диаметр электрода = 3 мм: У —  назначение электрода для  сварки углеродистых и низкоуглеродистых сталей; Д — электрод с толстым покрытием; Е432(5) — группа индексов, указывающих характеристики наплавленного металла; Б — вид покрытия; 1 — для всех пространственных положений; = ОП — постоянный ток обратной полярности. Условия хранения и транспортировки электродов такие же, как и для сварочной проволоки. При необходимости электроды прокаливают не позднее, чем за 5 суток перед сваркой. После этого электроды хранят в запаянных полиэтиленовых пакетах без доступа воздуха. Прокаливать электроды более двух раз (не считая прокалку при их изготовлении) нельзя, так как покрытие может отслаиваться и осыпаться.

Атын варианта

Плавящиеся электроды, применяемые при электрической дуговой сварке, представляют собой металлические стержни определенных размеров и химического состава, служащие как проводником электрического тока, так и присадочным металлом; на них нанесено покрытие с целью защиты зоны сварки от атмосферного воздуха, раскисления и легирования наплавленного металла, а также стабилизации дугового разряда.

В зависимости от состава электродного стержня и покрытия наплавленный металл обладает различными механическими и физико-химическими свойствами.

Главными функциями электродных покрытий являются защита зоны сварки от атмосферного воздуха, раскисление и легирование наплавленного металла, а также стабилизация дугового разряда.

Для выполнения этих функций в состав электродных покрытий должны входить следующие материалы:

Шлакообразующие материалы, основной задачей которых является создание шлакового покрова, защищающего расплавленный металл от атмосферного воздуха. Шлаки, образующиеся в результате расплавления этих материалов, являются той средой, в которой протекают металлургические процессы, и наряду с этим сами активно участвуют в них. Наиболее часто применяемыми шлакообразующими материалами служат: марганцевая руда, гематит, гранит, мрамор, кварц, рутил и др.

Для придания шлаку жидкотекучести, подвижности в его состэве должны находиться флюсующие вещества (плавни), обеспечивающие оптимальное значение вязкости шлака в определенном интервале температур. Короткие шлаки с требуемой температурой размягчения и интервалом плавления образуются при введении в состав электродного покрытия плавикового шпата, титаносодержащих руд, полевого шпата и др.

Газообразующие материалы, служащие для создания газовой защиты зоны сварки от атмосферного воздуха. Таковыми являются как различные органические вещества (крахмал, декстрин, целлюлоза и др.), так и минералы, которые при нагрезании диссоциируют с образованием газов (мрамор, магнезит и др.).

Раскисляющие материалы, в качестве которых при электрической дуговой сварке чаще всего используются ферросплавы элементов, обладающих достаточно высоким сродством к кислороду и другими качествами. Такими материалами являются: ферросилиций, ферротитан, ферромарганец, реже — ферроалюминий. Для диффузионного раскисления состав покрытия подбирается таким образом, чтобы поступающая в шлак закись железа связывалась в нем в силикаты или титаниты и тем самым способствовала непрерывному переходу FeO из металла ванны в шлак.

Легирующие материалы, задачей которых является легирование металла шва определенными элементами для придания требуемой технологической и эксплуатационной прочности. В качестве легирующих, как правило, используются соответствующие ферросплавы, иногда чистые металлы.

Стабилизирующие материалы, т. е. такие, которые содержат элементы с низким потенциалом ионизации (кальций, калий, натрий и др.) и снижают эффективный потенциал ионизации. Стабилизирующими материалами являются мел, мрамор, поташ, полевой шпат и др.

Цементирующие материалы, т. е. такие, на которых делается замес шихты с тем, чтобы после высыхания эти вещества скрепляли покрытие и придавали ему нужную прочность. В качестве цементирующего материала чаще всего используется жидкое стекло.

Формовочные добавки — вещества, придающие обмазочной массе лучшие кроющие свойства. В качестве формовочных добавок обычно применяется бентонит, иногда каолин, декстрин и др.

В ряде случаев одни и те же материалы выполняют ряд функций: мрамор является как шлакообразующим, так и газообразующим и стабилизирующим материалом, ферросплавы — раскислители являются одновременно и легирующими материалами и т. д.

На основе химического состава покрытия проведена классификация электродных покрытий:

Руднокислые электродные покрытия содержат окислы железа и марганца (обычно в виде руд), кремнезем, большое количество ферромарганца; для создания газовой защиты зоны сварки в покрытие вводят органические вещества (целлюлозу, древесную муку, крахмал и пр.), которые при нагревании разлагаются и сгорают с образованием смеси защитных газов.

Электроды имеют довольно большую скорость расплавления, коэффициент наплавки 8-11 г/А·ч, пригодны для сварки во всех пространственных положениях на постоянном и переменном токе; наплавленный металл соответствует типу электродов Э42 и содержит <0,12% С; <0,10% Si; 0,6-0,9 Мn; < 0,05% Р и < 0,05% S.

При плавлении электрода идет интенсивная экзотермическая реакция марганца и углерода кислородом окислов, разогревающая сварочную ванну и обеспечивающая гладкую поверхность наплавленного металла с небольшой чешуйчатостью. При большом содержании марганцевой руды образующийся дым вреден для сварщика и при недостаточной вентиляции может постепенно отравлять его соединениями марганца.

Электроды широко применяются в производстве всевозможных изделий из низкоуглеродистых и низколегированных сталей, но на ряде предприятий применение этих электродов ограничено или запрещено из-за их токсичности.

Рутиловые электродные покрытия получают значительное применение в связи с развитием добычи минерала рутила, состоящего в основном из двуокиси титана TiO2. В покрытия, помимо рутила, введены кремнезем, ферромарганец, карбонаты кальция или магния.

Рутиловые покрытия по технологическим качествам близки к руднокислым, дают лучшее формирование, меньшее разбрызгивание и выделение газов, считаются менее вредными для сварщика. Наплавленный металл соответствует электродам типа Э42 и Э46; электроды могут применяться для более ответственных конструкций из низкоуглеродистых и низколегированных сталей.

Фтористо-кальциевые электродные покрытия состоят из карбонатов кальция и магния, плавикового шпата и ферросплавов. Фтористо-кальциевые покрытия называются также основными, так как дают короткие шлаки основного характера, а электроды с таким покрытием называются также низководородистыми, так как наплавленный металл содержит водорода меньше, чем при других покрытиях. Газовая защита ванны обеспечивается двуокисью и окисью углерода, образующимися при разложении карбонатов под действием высокой температуры.

Электроды чаще используются на постоянном токе обратной полярности (плюс на электроде).

Наплавленный металл по составу соответствует спокойной стали, отличается чистотой, малым содержанием кислорода, азота и водорода; понижено содержание серы и фосфора, повышено — марганца (0,5-1,5%) и кремния (0,3-0,б%). Металл устойчив против старения, имеет высокие показатели механических свойств, в том числе ударной вязкости, и нередко по механическим свойствам превосходит основной металл.

Электроды с этим покрытием рекомендуются для наиболее ответственных конструкций из углеродистых и легированных сталей. Электроды с фтористо-кальциевым покрытием на протяжении многих лет являются наилучшими по качеству наплавленного металла.

Электроды с фтористо-кальциевым покрытием чувствительны к наличию окалины, ржавчины, масла на кромках основного металла и в этих случаях дают поры, как и при отсыревании электродов.

Свойства наплавленного металла можно менять в широких пределах, меняя количество ферросплавов в покрытии. Широко известен электрод этого типа, маркируемый УОНИ-13; он имеет несколько разновидностей; УОНИ-13/45, УОНИ-13/55 и т. д.; второе число указывает предел прочности наплавленного металла.

Органические электродные покрытия состоят из органических материалов, обычно из оксицеллюлозы, к которой добавлены шлакообразующие материалы, двуокись титана, силикаты и пр. и ферромарганец в качестве раскислителя и легирующей присадки.

Электроды пригодны для сварки во всех пространственных положениях на постоянном и переменном токе; малочувствительны к качеству сборки и состоянию поверхности металла, особенно пригодны для работы в монтажных и полевых условиях. Дают удовлетворительный наплавленный металл, соответствующий электродам типов Э42-Э50. Широко применяются на монтажных работах.

Все материалы, используемые для изготовления электродных покрытий, должны удовлетворять определенным условиям поставки, которые регламентируются соответствующими ГОСТ и ТУ.

Примером электродов с рудно-кислыми покрытиями являются электроды марок ОММ-5, ЦМ-7 и МЭЗ-04, получившие широкое распространение в промышленности. Эти электроды предназначены для сварки малоуглеродистых конструкционных сталей и относятся к типу Э-42. В качестве шлакообразующих используются руды и концентраты, в качестве газообразующих — крахмал. Основным раскислителем и легирующим материалом является ферромарганец. Некоторое количество кремния (около 0,1 %), достаточное для подавления (совместно с марганцем) реакции окисления углерода в кристаллизующейся части сварочной ванны, восстанавливается из кремнезема, входящего в состав материалов покрытия. Сварка этими электродами может производиться как на постоянном, так и на переменном токе.

Примером электродов с покрытием на рутиловой основе являются электроды марки ЦМ-9. Шлакообразующими в этих электродах являются: рутил, полевой шпат и магнезит, газообразующими — декстрин и магнезит. Основным раскислителем и легирующим материалом служит ферромарганец, а также небольшое количество кремния, восстанавливаемого из полевого шпата. Электроды ЦМ-9, как и другие электроды на рутиловой основе, обеспечивают получение швов с гладкой мелкочешуйчатой поверхностью, имеющих плавное сопряжение с основным металлом.

В качестве примера электродов, покрытие которых построено на фтористо-кальциевой основе, приведены электроды марок УОНИ-13, УП2, а также ЦЛ-18 и ЦЛ-19. Электроды с покрытиями этого вида предназначаются для сварки конструкций из углеродистых и низколегированных сталей, а в случае требований повышенной пластичности и вязкости — и для сварки малоуглеродистых сталей.Во всех электродах с покрытиями этого вида основными шлакообразующими компонентами служат мрамор и плавиковый шпат, причем последний является флюсующим, а мрамор одновременно стабилизирующим и газообразующим материалом.

Подавляющее большинство электродов с покрытиями на фтористо-кальциевой основе пригодно только для сварки на постоянном токе при обратной полярности подключения из-за недостаточной стабильности дуги при сварке на переменном токе (вследствие влияния фтора, входящего в состав покрытия). Чтобы использовать электроды с покрытиями этого вида для сварки на переменном токе, в них дополнительно вводят ионизирующие вещества, снижающие эффективный потенциал ионизации (поташ, кальцинированную соду и др.). Металл, наплавленный электродами с покрытием на фтористо-кальциевой основе, обладает наилучшими пластическими свойствами при требуемом пределе прочности, а также высокой стойкостью против образования горячих трещин.

Однако в отличие от электродов с покрытиями на рудно-кислой и рутиловой основе, электроды с покрытием на фтористо-кальциевой основе обладают повышенной чувствительностью к порообразованию при сварке по окисленной и ржавой поверхности, а также при удлинении и обрыве дуги. Тем не менее при тщательной очистке кромок и соблюдении технологических рекомендаций при сварке электродами с покрытиями этого вида получаются плотные, высококачественные швы.

Примером электродов с покрытиями на органической основе служат электроды марок ОМА-2 и ЦЦ-1. Компонентами покрытия, создающими обильную газовую защиту зоны сварки, здесь являются органические вещества, например пищевая мука, целлюлоза. В качестве раскислителей используются ферромарганец и ферросилиций (или только ферромарганец); шлакообразующими являются титановый концентрат, рутил, а иногда и небольшие добавки других материалов. Отличительной технологической особенностью является малый относительный вес покрытия, что делает эти электроды удобными для сварки в пространственных положениях, отличных от нижнего, а также для сварки тонколистовых конструкций.