Основы сварочного дела

Металлические электроды

Металлические электроды изготов­ляют по ГОСТ 9466—75 «Электроды, покрытые металлические для ручной дуговой сварки и наплавки. Классифи­кация, размеры и общие технические требования». Установленные ГОСТом размеры электродов следующие:

Электроды классифицируют по назначению, типу, маркам, толщине покрытия, качеству, допустимым про­странственным положениям сварки или наплавки и т. д. По качеству (точ­ность изготовления, состояние по­верхности покрытия, сплошность ме­талла шва, содержание серы и фос­фора в наплавленном металле) элек­троды подразделяются на три груп­пы: 1, 2, 3.

Покрытие электрода должно быть однородным, плотным, прочным, без трещин, вздутий, наплывов и эксцен­тричности относительно оси стержня. Допускаются шероховатость и отдель­ные риски глубиной менее четверти толщины покрытия, вмятины глу­биной до половины толщины покры­тия и другие мелкие дефекты. Проч­ность покрытия испытывают следую­щим образом: при падении плашмя на стальную плиту с высоты 1 м элек­тродов диаметром менее 4' мм и с высоты 0,5 м электродов диаметром 4 мм и более покрытие не должно раз­рушаться. Влагостойкость покрытия проверяют погружением электрода в воду и выдержкой в течение 24 ч при температуре 15...25°С.

Электроды упаковывают в водо­непроницаемую бумагу или полиэти­леновую пленку; пачки массой 3...8 кг укладывают в деревянные ящики. Масса ящика 30...50 кг. На каждой пачке имеются этикетка, содержащая наименование предприятия-изготови- теля, условное обозначение электро­дов, область их применения, режимы сварки, механические и специальные свойства металла шва и др.

Электроды, изготовленные по ГОСТу, обеспечивают устойчивое го­рение дуги и спокойное равномерное плавление покрытия. Шлак ровным слоем покрывает наплавляемый ме­талл и легко удаляется после остывания. Трещины, газовые поры и шлаковые включения в сварном шве не образуются. Содержание серы и фосфора в металле сварного шва при сварке низкоуглеродистых и низколегированных конструкцион­ных сталей не превышает 0,05%, а при сварке легированных сталей повышенной прочности — 0,04%. Сварные швы высоколегированных сталей содержат серы не более 0,025% и фосфора не более 0,03%.

Типы и требования, предъявляе­мые к металлическим электродам для ручной дуговой сварки конструкцион - йых и теплоустойчивых сталей, регламентированы ГОСТ 9467—75. Для сварки углеродистых и низко­легированных конструкционных ста­лей предусмотрено 9 типов электро­дов (Э38, Э42, Э42А, Э46, Э46А, Э50, Э50А, Э55, Э60); для сварки леги­рованных конструкционных сталей повышенной и высокой прочности — 5 типов (Э70, Э85, ЭКЮ, Э125, Э150); для сварки теплоустойчивых сталей — 9 типов (Э-09М, Э-09МХ и др.). При изготовлении стержней большинства этих электродов применяют проволоку Св-08 и Св-08А.

Тип электрода обозначается бук­вой Э и цифрой, указывающей гаран­тируемый предел прочности металла шва в кгс/мм2. Буква А в обозна­чении указывает, что металл шва, наплавленный этим электродом, имеет повышенные пластические свойства. Такие электроды применяют при свар­ке наиболее ответственных швов. Каждому типу электрода соответству­ет несколько марок, на каждую из которых разработаны технические ус­ловия. Например, типу Э42 соответ­ствуют электроды ОММ-5, ЦМ-7, МЭЗ-04 и др. Марка электрода — это его промышленное обозначение, ха­рактеризующее стержень и покрытие.

Электродные покрытия делят на две группы: тонкие (стабилизи­

рующие и ионизирующие) и толстые (качественные). Назначение тонкого покрытия — облегчить возбуждение дуги и стабилизировать ее горение. Для этого покрытие составляют из веществ, атомы и молекулы которых обладают низким потенциалом иони­зации, т. е. легко ионизируются в воздушном промежутке дуги. Такими веществами являются калий, натрий, кальций, барий, литий, стронций и др. Они применяются, как правило, в виде углекислых солей: мел СаСОз, поташ К2СО3, углекислый барий ВаСОз и др. В качестве связующего вещества при­меняют жидкое стекло, представляю­щее собой силикат натрия ИагО-БЮг. Покрытие наносят на стержень элект­рода слоем толщиной 0,1...0,25 мм, что составляет 1,5...2,5% от массы электрода. Тонкое покрытие не созда­ет защиты для расплавленного метал­ла шва и поэтому при сварке проис­ходит его окисление и азотирование. Шов получается хрупким, пористым, с различными неметаллическими включениями. Поэтому электроды с тонким покрытием используют при вы­полнении неответственных сварных швов.

Наиболее простым тонким покры­тием является меловое. Оно состоит из мелкопросеянного чистого мела, разведенного в жидком стекле. На 100 массовых частей мела берется

25.. .30 массовых частей жидкого стек­ла и полученная смесь размеши­вается в воде до сметанообразного состояния. Электродные стержни оку­нают в этот раствор и сушат при комнатной температуре или в су­шильных шкафах при температуре

30.. .40°С. Такие электроды дают при сварке швы очень низкого качества и поэтому применяются редко.

Более качественные сварные швы дают электроды с тонким покрытием марки К-3 и А-1. Основной составляю­щей этих покрытий является титано­вый концентрат. Покрытие К-3 со­держит 57,8% титанового концентра­та и 42,2% марганцевой руды, а жид­кое стекло составляет 25...35% от мас­сы концентрата и руды. Покрытие А-1 содержит 86,6% титанового концент­рата, 10,2% марганцевой руды, 3,2% калиевой селитры. Жидкое стекло берется в количестве 30...35% от мас­сы перечисленных компонентов. При сварке тонкостенных изделий хорошие результаты дает покрытие МТ, состоя­щее из 62% титанового концентрата, 31% полевого шпата и 7% хромо­вокислого калия. Жидкое стекло сос­тавляет 30% от массы остальных ком­понентов. Применяют и ряд других покрытий, имеющих различные назна­чения.

Сварное соединение высокого ка­чества выполняют электродами с толстым покрытием. Поэтому эти пок­рытия называют качественными. Ка­чественное покрытие выполняет еле - дующие функции: обеспечивает устой­чивое горение дуги; защищает рас­плавленный металл шва от воздейст­вия кислорода и азота воздуха; рас­кисляет образующиеся в металле шва оксиды и удаляет невосстанавливае - мые оксиды в шлак; изменяет состав наплавляемого металла вводом в него легирующих примесей; удаляет серу и фосфор из расплавленного металла шва; образует шлаковую кор­ку над металлом шва, замедляет его охлаждение и тем самым способствует выходу газов и неметаллических вклю­чений на поверхность металла шва. Разработанная советскими учеными теория сварочных процессов дает возможность точно рассчитать сос­тав электродных покрытий в зависи­мости от состава свариваемого метал­ла и требований, предъявляемых к сварному шву.

Для выполнения перечисленных выше функций электродное качест­венное покрытие должно содержать следующие компоненты:

Ионизирующие вещества для сни­жения эффективного потенциала ио­низации. Это обеспечивает стабильное горение дуги. В качестве ионизирую­щих компонентов в покрытия вводят такие вещества, как мел, мрамор, по­таш, полевой шпат и др.

Газообразующие вещества, кото­рые при сварке разлагаются или сгорают, выделяя большое количество газов, создающих в зоне дуги газо­вую оболочку. Благодаря этой обо­лочке металл шва предохраняется от воздействия атмосферного кислорода и азота. Такими газообразующими веществами являются крахмал, дре­весная мука, целлюлоза и др.

Раскисляющие вещества, которые обладают большим сродством к кисло­роду и поэтому восстанавливают ме­талл шва. Раскислителями служат ферросплавы, алюминий, графит и др.

Шлакообразующие вещества, соз­дающие шлаковую защиту расплав­ленного металла шва, а также капель электродного металла, проходящих через дуговой промежуток. Кроме то­го, шлаки активно участвуют в метал­лургических процессах при сварке и способствуют получению качествен­ного шва. В качестве шлакообразую­щих веществ применяются полевой шпат (КгО • AI2O3 • бБіОг), кварц (Si02), мрамор, рутил, марганцевая руда и др.

Легирующие вещества, которые в процессе сварки переходят из покры­тия в металл шва и легируют его для придания тех или иных физико-ме­ханических свойств. Хорошими леги­рующими веществами являются фер­ромарганец, ферросилиций, ферро­хром, ферротитан. Реже применяют различные оксиды металлов (меди, хрома и др.).

Связующие вещества, предназна­ченные для замеса всех компонентов покрытия в виде пасты, а также для связывания пасты на сердечнике эле­ктрода и придания определенной проч­ности после высыхания покрытия. Таким веществом является жидкое стекло. Реже применяется декстрин.

Одной из важных характеристик электрода является коэффициент мас­сы покрытия, равный отношению мас­сы покрытия к массе покрытой части электрода.

По виду покрытия электроды под­разделяются: с кислым покрытием — условное обозначение А; с основным покрытием — Б; с целлюлозным пок­рытием — Ц; с рутиловым покры­тием — Р.

Кислые покрытия содержат руды в виде оксидов железа и марганца; при плавлении они выделяют кисло­род, способный окислить металл ван­ны и легирующие примеси. Для ос­лабления действия кислорода в пок­рытие вводят раскислители в виде ферросплавов. Однако наплавленный металл имеет относительно малую вязкость и пластичность и понижен­ное содержание легирующих приме­сей. К этому виду относятся покрытия ОММ-5, ЦМ-7 и др. Покрытие ОММ-5 состоит из 37% титанового кон­центрата, 21% марганцевой руды, 13% полевого шпата, 20% ферромар­ганца и 9% крахмала. Коэффициент массы покрытия составляет 30 ...38%. Покрытие ЦМ-7 содержит 33% гема­тита (БегОз, 30% ферромарганца, 32% гранита и 5% крахмала. Коэф фициент массы покрытия — 40 ... 45%.

Рутиловые покрытия, основным компонентом которых является рутил (ТЮ2 — двуоксид титана). Шлако­образующими компонентами служат рутил, а также полевой шпат, магне­зит и др. В качестве раскислителя и легирующего компонента применяют ферромарганец. В практике применя­ют покрытия ЦМ-9, МР-3 и др. Покрытие ЦМ-9 содержит 48% рути­ла, 30% полевого шпата, 15% ферромарганца, 5% магнезита и 2% декстрина. Коэффициент массы пок­рытия 38 ...42%. Коэффициент нап­лавки— 9,5 ...10,5 г/(А-ч). Покры­тие МР-3 состоит из рутила (50%), мрамора или мела (18%), ферромар­ганца (15,5%), каолина (5%), оксицеллюлозы (1,5%) и талька (10%). Коэффициент массы покрытия составляет 38 ... 42%.

Целлюлозные покрытия, содержа­щие главным образом органические компоненты в качестве газообразую­щих и связующих веществ. В ка­честве раскислителей введены фер­ромарганец, ферросилиций. К этой группе относятся покрытия ОМА-2, ЦЦ-1, ВСП ВНИИСТ и др. Покры­тие ОМА-2 состоит из титанового концентрата (36,5%) марганцевой ру­ды (3,5%), калиевой селитры (2%), ферромарганца (6%), ферросилиция (5%) и муки (47%). Коэффициент массы покрытия — 9 ... 10%. Покры­тие ЦЦ-1 содержит 25% рутила, 20% ферромарганца, 45% целлюлозы и 10% талька. Коэффициент массы по­крытия составляет 12 ... 15%. Коэф­фициент наплавки достигает 10 г/(А • ч).

Основные покрытия, составленные на основе плавикового шпата (CaF2) и мрамора (карбонат кальция СаСОз). Отсутствие в составе этого покрытия оксидов железа и марганца позво­ляет широко легировать наплавляе­мый металл. При сварке можно по­лучить металл шва заранее задан­ного химического состава с хороши­ми механическими свойствами. В качестве раскислителей покрытие со­держит ферротитан, ферромарганец и ферросилиций. В эту группу входят покрытия типа УОНИ-13, содержащие мрамор (51 ... 54%), плавиковый шпат (15... 18%), кварцевый песок (8... 9%), ферромарганец (2... 7%), фер­росилиций (3... 10%), ферротитан (9 ... 16%) и ферромолибден (до 5%). Коэффициент массы покрытия состав­ляет 33 ... 38%.

Условное обозначение электрода включает марку электрода, диаметр стержня, группу по качеству и номер ГОСТа. Например, «Электрод УОНИ 13/45—3,0—2 ГОСТ 9466—75».

В промышленности и строительст­ве получили широкое применение сле­дующие марки электродов. Электрод ОММ-5 относится к электродам типа Э42; применяется для сварки от­ветственных конструкций из низко­углеродистой. стали на переменном и постоянном токе. Коэффициент на­плавки достигает 8,0 г/ (А • ч). Свар­ка производится при любом прост­ранственном положении шва. Элект­род ЦМ-7 относится также к электро­дам типа Э42 и применяется для сварки ответственных швов конструк­ций из низкоуглеродистой с4али во всех пространственных положениях (при потолочных швах качество свар­ки снижается). Коэффициент наплав­ки равен 11 г/(А-ч). Электрод отли­чается высокой производительностью, так как допускает применение боль­ших плотностей тока. Электрод ЦМ-7с отличается от электрода ЦМ-7 боль­шей толщиной покрытия и предназ­начен для скоростной сварки швов в нижнем положении. Электроды типа УОНИ-13 дают высокое качество ме­талла шва и применяются для сварки ответственных швов из конструкцион­ных сталей. Они выпускаются несколь­ких марок: УОНИ-13/45, УОНИ-13/55, УОНИ-13/65 и УОНИ-13/85. Цифры после черты означают получаемый предел прочности металла шва в кге/мм2. Сварку можно производить при любом положении шва, но только на постоянном токе обратной по­лярности. Эти электроды применяют в заводских и монтажных условиях. Коэффициент наплавки электрода УОНИ-13/45 равен 9,8 г/(А • ч), а у

электродов остальных марок — 8 г/ (А - ч). Электрод СМ-11 (тип Э42А) получил большое распространение в строительстве и монтаже сварных конструкций. Наплавленный металл имеет высокие механические свойства. Коэффициент наплавки достигает 10 г/ (А; • ч). Важным положительным качеством электрода СМ-11 является устойчивость сварки в условиях мон­тажа, когда необходимо поддерживать постоянство длины сварочной дуги. Таким же качеством обладают элект­роды марки МР-3, имеющие коэф­фициент наплавки 9 г/(А • ч). Ойи предназначены для сварки постоян­ным и переменным током.

Для сварки ответственных конст­рукций из низкоуглеродистых сталей переменным или постоянным током во всех пространственных положениях хорошие результаты дают электроды типа Э42 марки АНО-5, имеющие коэффициент наплавки 11 г/(А-ч),

и марки АНО-6 с коэффициентом нап­лавки 8,5 г/(А • ч). Для сварки де­талей из низкоуглеродистой стали, работающих при динамических нагру­зках, применяют электроды марки АНО-3 и АНО-4 (тип Э46) с коэф­фициентом наплавки 8 г/(А-ч).

Электроды марки АНО характери­зуются устойчивым горением дуги, незначительным разбрызгиванием ме­талла, стойкостью против образова­ния кристаллизационных трещин и легкостью отделения шлаковой кор­ки. Особо следует отметить их низкую токсичность.

Для сварки тонколистовой стали толщиной 0,8 ... 2,5 мм применяют электроды ОМА-2 (тип Э42). Коэф­фициент наплавки достигает 9,5 г/ (А • ч). Стержень изготовляют из сварочной проволоки Св-08 диаметром до 3 мм. При больших диаметрах возрастают потери на угар и раз­брызгивание металла.