Сварочные работы. Практический справочник

Серикова Г.А.

Рипол- Классик, 2013 г.

ЭЛЕКТРОДЫ

Сварочный электрод представляет собой металлический либо неметаллический электропроводный стержень длиной 250-450 мм со специальным покрытием или без него, через который к свариваемым изделиям или конструкциям подводится электрический ток. Современная промышленность производит более 200 марок электродов, и большая часть из них — это плавящиеся сварочные электроды, предназначенные для ручной дуговой сварки. Все типы сварочных электродов должны соответствовать определенным требованиям:

1)обеспечивать:

— устойчивое горение сварочной дуги;

— качественное формирование сварного шва и его прочность;

— равномерное расплавление стержня и покрытия с минимальным разбрызгиванием металла электрода;

— беспрепятственное удаление шлаков;

— высокопроизводительную сварку;

2) давать металл сварного шва необходимого химического состава;

3) сохранять свои физико-химические и технологические свойства на протяжении заданного количества времени;

4) обладать минимальной токсичностью.

Кроме того, имеются специальные технические требования, например:

— получение металла шва с особыми свойствами, к которым относятся окалино- и износостойкость, коррозионная устойчивость, повышенная прочность;

— формирование шва заранее определенной формы (с глубоким проваром, вогнутой поверхностью);

— осуществление сварки конкретным способом (с опиранием вертикальных швов сверху вниз, в любых пространственных положениях).

Разнообразие сварочных электродов и различные принципы, которые могут быть положены в основу их классификации, делают разработку единой системы достаточно

а) угольные, произведенные из электротехнического угля в соответствии с ГОСТом 4425-72. Их диаметр — 5-25 мм, длина — 200-300 мм. В зависимости оттого, какой материал предполагается сваривать, конец электрода затачивается под углом 60-70° (для стали) или 20-40° (для цветных металлов);

б) графитовые, изготовленные из синтетического прессованного графита по ГОСТу 4426-71. Их эффективность выше, чем угольных, они отличаются мягкостью, поэтому легко режутся. Поскольку такие электроды имеют высокую электропроводность и повышенную стойкость к окислению на воздухе, возможно увеличение плотности тока примерно в 2,5-3 раза, что дополнительно снижает расход материала.

Угольные и графитовые электроды характеризуются высокой температурой плавления и кипения и низкой теплопроводностью. Качественными считаются те электроды, которые имеют правильную форму, ровную поверхность, не оставляют следов на бумаге и издают металлический звук при ударе. Для повышения стойкости данных видов электродов на них наносят слой меди толщиной 0,06-0,07 мм. Для подведения тока к угольным и графитовым электродам используют электродержатели.

2. По качеству (точности) изготовления, состоянию поверхности покрытия и количеству вредных примесей (серы и фосфора) сварочные электроды делят на три группы, которые обозначаются 1, 2 или 3 (чем больше число, тем выше качество изделия).

3. По назначению сварочные электроды (обозначение указано в скобках) согласно ГОСТу делятся на:

1) предназначенные для сварки:

— легированных теплоустойчивых сталей (Т);

— легированных сталей, имеющих временное сопротивление разрыву более 60 кгс/мм² (Л);

— углеродистых и низколегированных конструкционных сталей, имеющих временное сопротивление разрыву менее 60 кгс/мм² (У);

— высоколегированных сталей со специальными свойствами (В);

— чугуна;

— цветных металлов;

2) применяемые для наплавки поверхностных слоев, характеризующихся специальными свойствами (Н).

4. По толщине покрытия (оно зависит от соотношения диаметра покрытого электрода с диаметром стержня, которые обозначаются буквами «D» и «d» соответственно) сварочные электроды подразделяются на изделия с покрытием (в скобках указана маркировка):

— тонким (М) — D/d < 1,2;

— средним (С) — D/d < 1,45;

— толстым (Д) — D/d < 1,8;

— особо толстым (Г) — D/d > 1,8.

5. По виду покрытия (состав наиболее распространенных обмазок представлен в табл. 4) сварочные электроды классифицируются на те, которые имеют покрытие (в скобках указано буквенное обозначение):

1) кислое (А). Такое покрытие содержит окислы марганца и железа, титановый концентрат, кремнезем и ферромарганец. Защитную газовую среду создают органические компоненты. Наплавленный металл содержит 0,12% углерода, 0,10% кремния, 0,6-0,9% марганца и по 0,05% серы и фосфора, что соответствует составу кипящей стали.

Электроды с кислым покрытием имеют довольно высокую скорость расплавления, их применяют для выполнения сварных швов в любом пространственном положении и от источников как постоянного, так и переменного тока. Они подходят для сваривания металлических деталей, кромки которых покрыты окалиной или ржавчиной. Но от сваривания сталей с повышенным содержанием серы и углерода следует воздержаться, поскольку полученный металл шва склонен к трещинообразованию при кристаллизации.

В сварных швах, выполненных электродами с кислым покрытием, могут образовываться так называемые газовые поры, если:

— в обмазке содержится много марганца;

— в применяющемся ферромарганце повышено содержание кремния и углерода;

— в свариваемом металле много кремния. Наплавленный металл имеет временное сопротивление

более 420 Н/м², относительное удлинение — не менее 18%, ударную вязкость — 8 χ 10 Н-м/м².

Электроды с кислым покрытием по механическим свойствам сварного соединения и металла шва принадлежат к типу Э42 (ГОСТ 9467-75).

Из недостатков электродов данной группы следует назвать следующие факторы:

— повышенное разбрызгивание металла;

— выделение марганцовистых соединений, вредных для здоровья сварщика;

— склонность к частому образованию кристаллизационных трещин;

2) основное (Б), в состав которого входят карбонаты кальция, магния, плавиковый шпат и ферросплавы (ферротитан, ферросилиций и др.). При разложении карбонатов выделяются углекислый газ и окись углерода, которые обеспечивают защитную среду для расплавленного металла.

Наплавленный металл по своему составу соответствует спокойной стали с небольшим содержанием кислорода, азота и водорода. Количество серы й фосфора невелико (по 0,035%), содержание марганца составляет 0,5-1,5%, а кремния — 0,3-0,6%.

Полученный металл сварного шва устойчив к образованию кристаллизационных трещин и обладает высокими показателями ударной вязкости при плюсовых и минусовых температурах.

Электроды такого типа находят применение в следующих случаях:

— для сваривания металлов большой толщины;

— для изготовления конструкций, предназначенных для эксплуатации в тяжелых условиях или для транспортировки газов;

— для сварки таких сталей, как литые углеродистые, низколегированные высокопрочные или с повышенным содержанием серы и углерода.

При использовании электродов с основным покрытием необходимо:

— тщательно подготавливать кромки (очищать от окалины, ржавчины, масла и пр.) свариваемых частей, изделий, конструкций;

— избегать увлажнения электродной обмазки;

— вести работу длинной дугой, в противном случае могут образоваться газовые поры.

Для получения заданных механических свойств сварного шва в покрытие добавляют хром, молибден, ферромарганец и ферросилиций;

З)рутиловое(Р), компонентами которого являются концентрат рутила (природный минерал, состоящий по большей части из двуокиси титана), карбонаты магния и кальция, кремнезем (добавляется в виде полевого шпата, слюды и гранита) и ферромарганец. К плюсам этого покрытия относится следующее:

— металл сварного шва, получающийся при сварке, по стойкости не отличается от того, который образуется при работе с электродами с кислой обмазкой;

— данные электроды не склонны к образованию газовых пор даже в условиях сварки по окисленным поверхностям или металлу, который был ранее наплавлен электродами со стабилизирующим покрытием, при перемене длины сварочной дуги;

— обмазка обеспечивает устойчивое горение сварочной дуги, дает качественный шов и сопровождается минимальным разбрызгиванием металла;

— выделение вредных газов при осуществлении сварки довольно небольшое;

— при использовании данных электродов сварка может вестись в любом пространственном положении и от любого источника тока (как постоянного, так и переменного).

Металл шва содержит около 0,12% углерода, 0,4-0,7% марганца, 0,1-0,3% кремния, по 0,04% серы и фосфора, а уровень водорода определяется наличием в обмазке органических компонентов;

4) целлюлозное (Ц), состоящее в основном из горючих органических веществ, например крахмала, оксицеллюло-зы, при сгорании которых создается газовая среда, защищающая расплавленный металл. В качестве шлакообразующих материалов выступают марганцевая руда, силикаты, рутил, титановый концентрат, а функцию раскислителя выполняет ферромарганец. При сварке электроды с таким покрытием дают небольшое количество шлака и характеризуются незначительным разбрызгиванием металла.

Как и электроды с рутиловым покрытием, их применяют при сварке в любом пространственном положении и от любого источника тока;

5) смешанного типа (двухбуквенное обозначение), к которому относятся следующие разновидности:

а) рутилово-карбонатное (электроды АНО-3, АНО-4, АНО-5). Электроды с таким покрытием выгодно отличаются тем, что:

— формируют качественный металл шва независимо от пространственного положения, в котором ведется сварка;

— обеспечивают стабильное горение сварочной дуги при работе от источника постоянного и переменного тока любой полярности;

— образуют легко удаляющуюся шлаковую корку;

— характеризуются незначительной потерей металла от разбрызгивания;

— обеспечивают высокую ударную вязкость металла сварного шва при плюсовых и минусовых температурах как непосредственно после сварки, так и после старения;

б) рутилово-карбонатно-фтористое (электроды ОЗЛ-9 А), которое востребовано для сварки жаростойких сталей, эксплуатируемых при температуре до 1050° С, а также в тех случаях, когда от металла шва требуется повышенная стойкость кохрупчиванию;

в) ильменитовое (электроды АНО-6), для которого характерно легкое возбуждение сварочной дуги. При работе с электродами с таким покрытием отмечено незначительное выделение дыма, газов и пр.;

г) рутиловое с железным порошком (электроды АНО-1). Наличие последнего в обмазке делает электроды с таким покрытием довольно высокопроизводительными. Основное положение, при котором осуществляются сварочные работы,— нижнее. При этом выделение вредных газов небольшое, а металл шва мало склонен к образованию газовых пор;

д) пластмассовое (электроды ВСП-1). В него тоже входит железный порошок. Такие электроды хорошо показали себя при заваривании зазоров, ими можно работать в любом пространственном положении и от источников постоянного и переменного тока. Кроме того, данное покрытие не впитывает влагу.

Необходимо также иметь в виду, что отечественной маркировке электродов по типу покрытия соответствуют международные обозначения (ISO) (табл. 5).