Электросварка

Фоминых В.П., Яковлев А.П.

Высшая школа, 1976 г.

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), типу покрытия (рудно-кислое, фтористо-кальциевое, рутиловое и газозащитное), 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.

Электроды для дуговой сварки сталей и наплавки по ГОСТ 9466—60 подразделяются на следующие классы:

для сварки углеродистых и легированных конструкционных сталей;

для сварки легированных теплоустойчивых сталей; для сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами;

для наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами (кроме электродов для наплавки цветных сплавов).

Электроды для сварки углеродистых и легированных конструкционных сталей, а также электроды для сварки легированных теплоустойчивых сталей классифицируются по ГОСТ 9467—60. Этим стандартом предусмотрено 8 типов электродов для сварки низкоуглеродистых, среднеуглеродистых и низколегированных сталей (Э34, Э42, Э42А, Э46, Э46А, 350, Э50А и Э55), 7 типов электродов для легированных сталей повышенной прочности (Э60, Э60А, Э70, Э85, Э100, Э125, Э145) и 7 типов электродов для сварки теплоустойчивых сталей (Э-М, Э-МХ, Э-ХМ, Э-ХМФ, Э-ХМФБ, Э-Х2МФБ и Э-Х5МФ).

Электроды для сварки углеродистых и легированных конструкционных сталей обозначают но марке и типу электрода, диаметру стержня, по типу покрытия и ГОСТу. Например, условное обозначение электрода ЦМ7-Э42-5.0-Р ГОСТ 9467—60 расшифровывается следующим образом: ЦМ7—марка электрода, Э42—тип электрода (Э— электрод для дуговой сварки; 42—минимальное гарантируемое временное сопротивление металла шва в кгс/мм2 при растяжении); 5,0—диаметр электродного стержня в миллиметрах; Р — рудно-кислый тип покрытия (рудно-кислое покрытие обозначается буквой Р, фтористо-кальциевое — Ф; рутиловое — Т и органическое—О); в конце указан номер ГОСТа, которым стандартизирован электрод.

Электроды для сварки теплоустойчивых сталей классифицируются по механическим свойствам металла шва и по химическому составу наплавленного металла в процентах. Буквы, стоящие после буквы Э, указывают на наличие легирующих элементов в наплавленном металле, а цифры — их содержание в процентах (если оно превышает 1 %) •

При содержании легирующего элемента менее 1% ставится только соответствующая буква. Например, при использовании электродов типа Э-Х2МФБ в наплавленном металле шва гарантируется содержание более 2% хрома, до 1% молибдена, ванадия и ниобия (X — хром; М — молибден, Ф — ванадий, Б — ниобий).

Электроды для сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами классифицируются ГОСТ 10052— 62 по химическому составу наплавленного металла, содержанию ферритной фазы, стойкости сварного соединения против межкристаллитной коррозии и механическим свойствам наплавленного металла, испытанного при температуре 20° С. Этот стандарт предусматривает 27 типов электродов. Буква А, стоящая после буквы Э, обозначает аустенитные, а буква Ф — ферритные электроды. Буквы, стоящие после тире, обозначают название элементов, по которым гарантировано содержание этих элементов в наплавленном металле шва.

Электроды для дуговой наплавки регламентируются ГОСТ 10051—62 (25 типов электродов, которые характеризуются химическим составом наплавленного металла и его твердостью).

§ 15. СВОЙСТВА ЭЛЕКТРОДОВ

Покрытия электродов. Электродные покрытия состоят из шлакообразующих, газообразующих, раскисляющих, легирующих, стабилизирующих и связующих (клеящих) компонентов.

Шлакообразующие составляющие защищают расплавленный металл от воздействия кислорода и азота воздуха и частично рафинируют (очищают) его. Они образуют шлаковые оболочки вокруг капель электродного металла, проходящих через дуговой промежуток, и шлаковый покров на поверхности металла шва, шлакообразующие составляющие уменьшают скорость охлаждения металла и способствуют выделению из него неметаллических включений. Шлакообразующие составляющие могут включать титановый концентрат, марганцевую руду, полевой шпат, каолин, мел, мрамор, кварцевый песок, доломит, а также вещества, повышающие стабильность горения дуги.

Газообразующие составляющие при сгорании создают газовую защиту зоны сварки, которая также предохраняет расплавленный металл от кислорода и азота воздуха. Газообразующие составляющие состоят из древесной муки, хлопчатобумажной пряжи, крахмала, пищевой муки, декстрина и целлюлозы.

Раскисляющие составляющие необходимы для раскисления расплавленного металла сварочной ванны. К ним относятся элементы, которые обладают большим сродством к кислороду, чем железо, например марганец, кремний, титан, алюминий и др. Большинство раскислителей вводится в электродное покрытие в виде ферросплавов.

Легирующие составляющие необходимы в составе покрытия для придания металлу шва специальных свойств: жаростойкости, износостойкости, сопротивляемости коррозии и повышения механических свойств. Легирующими элементами служат марганец, хром, титан, ванадий, молибден, никель, вольфрам и некоторые другие элементы.

Стабилизирующими составляющими являются те элементы, которые имеют небольшой потенциал ионизации, например калий, натрий и кальций.

Связующие (клеящие) составляющие применяют для связывания составляющих покрытия между собой и со стержнем электрода. В качестве них применяют калиевое или натриевое жидкое стекло, декстрин, желатин и другие. Основным связующим веществом служит жидкое стекло.

По своему металлургическому действию существуют рудно-кислое, фтористо-кальциевое, рутиловое и газозащитное (органическое) покрытия. Имеются также и другие виды покрытий — стабилизирующее, карбонатно рутиловое, галогенидное и специальное. Все покрытия должны удовлетворять следующим требованиям:

обеспечивать стабильное горение дуги;

физические СВОЙСТВА шлаков, образующихся при плавлении электрода, должны обеспечивать нормальное формирование шва и удобное манипулирование электродом;

не должны происходить реакции между шлаками, газами и металлом, способные вызвать образование пор в сварных швах;

материалы покрытия должны хорошо измельчаться и не вступать в реакцию с жидким стеклом или между собой в замесе;

состав покрытий должен обеспечивать приемлемые санитарно-гигиенические условия труда при изготовлении электродов и в процессе их сгорания.

Физические СВОЙСТВА образующихся шлаков оказывают значительное влияние на процесс сварки и формирование сварного шва. Во всех электродных покрытиях при их плавлении плотность шлака должна быть ниже плотности металла сварочной ванны, что обеспечит его всплывание из сварочной ванны. Температурный интервал затвердения шлака должен быть ниже температуры кристаллизации металла сварочной ванны, иначе слой шлака не будет пропускать выделяющиеся из сварочной ванны газы. Шлак должен покрывать сварной шов по всей поверхности ровным слоем.

Шлаки, образующиеся при плавлении электродных покрытий, бывают «длинные» и «короткие». «Длинными» называют такие шлаки, в составе которых содержится значительное количество кремнезема. Возрастание их вязкости при понижении температуры происходит медленно. Электроды, имеющие покрытия, образующие при плавлении «длинные» шлаки, не пригодны для сварки в вертикальной и потолочной плоскостях, так как сварочная ванна длительное время находится в жидком состоянии. Для сварки во всех пространственных положениях применяют электроды, покрытия которых при плавлении дают «короткие» шлаки; возрастание вязкости расплавленного шлака с понижением температуры происходит быстро, поэтому закристаллизовавшийся Шлак препятствует стеканию металла шва, находящегося еще в жидком виде. «Короткие» шлаки дают электроды с рутиловым и фтористо-кальциевым покрытием. Достаточно хорошую отделимость шлаковой корки от поверхности металла получают при применении шлаков, имеющих коэффициент линейного расширения, отличающийся от коэффициента линейного расширения металла.

Свойства металла шва и технологические характеристики электродов. электроды характеризуют по свойствам наплавленного ими металла, к которым относятся: прочность, пластичность, удлинение, ударная вязкость, твердость, коррозионная стойкость, стойкость против старения, а при наплавочных работах и износостойкость.

Наряду с качеством металла шва, полученного при сварке данным электродом, важное значение имеют и его технологические свойства. К основным технологическим свойствам электрода относят его производительность, пригодность для сварки в различных пространственных положениях, стабильность горения дуги при постоянном и переменном токе, допустимую максимальную и минимальную длину дуги, форму шва, коэффициенты наплавки, расплавления и потерь.