Сварочные работы: современное оборудование н техноло­гия работ

Металлические электроды

Плавящиеся металлические электроды в виде стержней дли­ной до 450 мм из сварной проволоки с нанесенным на них покры­тием, обеспечивающим устойчивое горение дуги, защиту от вред -

ного воздействия воздуха и металлургическую обработку свароч­ной ванны, широко применяются для ручной дуговой сварки ста­лей. В покрытие входят следующие компоненты:

- газообразующие — неорганические вещества (мрамор СаС03, магнезит МгСОэ) и органические вещества (крах­мал, декстрин);

- ионизирующие или стабилизирующие — различные соеди­нения, в состав которых входят калий, натрий, кальций (мел, полевой шпат, гранит и др.);

- шлакообразующие, составляющие основу покрытия. Это обычно руды (марганцевая, титановая), минералы (йльмё - нитовый и рутиловый концентраты, полевой шпат, крем­незем, гранит, плавиковый шпат и др.);

- легирующие элементы и элементы-раскислители — кремний, марганец, титан и др., используемые в виде сплавов этих элементов с железом, так называемые фер­росплавы;

- связующие компоненты — водные растворы силикатов нат­рия и калия, называемые жидким стеклом.

Металлические электроды для дуговой сварки изготовляют следующих размеров:

По качеству электроды подразделяются на три группы. Покрытие электрода должно быть однородным, плотном, проч­ным, без трещин, наплывов, вздутий и эксцентричности относи­тельно оси стержня. Допускаются шероховатость и отдельные риски глубиной менее четверти толщины покрытия, вмятины глубиной до половины толщины покрытия на длине не более

12,0 мм, оголенность только с конца электрода на длине не более половины диаметра и другие мелкие дефекты.

Испытывают прочность покрытия 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.

Проверяют влагостойкость покрытия погружением элект­рода в воду и выдержкой в течение 24 ч при температуре 15-25'С.

Упаковывают электроды в водонепроницаемую бумагу или полиэтиленовую пленку и пачками массой 3-8 кг укладывают в деревянные ящики. Масса ящика от 30 до 50 кг. На каждой пачке имеется этикетка, содержащая наименование завода-из - готовителя, условное обозначение электрода, область примене­ния, режимы сварки, обработки и механические показатели сварного шва, свойства наплавленного металла и коэффициент наплавки.

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. Химический состав металла шва и допустимое содержание серы и фосфора указыва­ются в паспорте электрода. Содержание серы и фосфора в метал­ле сварного шва при сварке низкоуглеродистых и низколегиро­ванных сталей должно быть не более 0,05%, при сварке легиро­ванных сталей повышенной прочности — не более 0,04%. Сва­рные швы высоколегированных сталей должны содержать не более 0,025% серы и 0,03% фосфора.

Для сварки углеродистых и низколегированных конструк­ционных сталей предусмотрены девять типов электродов: Э38, Э42, Э42А, Э4Х, Э46А, Э50, Э50А, Э55, Э60; для сварки легиро­ванных конструктукционных сталей повышенной и высокой прочности — пять типов: Э70, Э85, ЭКЮ, Э125, Э150. Кроме того, предусмотрены девять типов электродов для сварки теплоустой­чивых сталей.

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

Таблица 13

Механические свойства металлов шва, наплавленного при дуговой сварке металлическими электродами для конструкционных сталей

электродом, имеет повышенные пластические свойства. Такие электроды применяют при сварке наиболее ответственных швов.

Для изготовления стержней большинства электродов, предназначенных для сварки углеродистых и легированных кон­струкционных сталей, применяют проволоку марок Св-08 и Св-08А. Каждому типу электрода соответствует несколько марок электродов. Например, типу Э42 соответствуют электроды ОМА-2, АНО-6, МЭЗ-04 и др.

Марка электрода — это его промышленное обозначение, как правило, характеризующее стержень и покрытие.

Электродные покрытия делят на две группы:

- тонкие (стабилизирующие, ионизирующие);

- толстые (качественные).

Электроды с тонким, покрытием. Назначение тонкого покрытия — облегчить возбуждение дуги и стабилизировать ее горение. Для этого покрытие составляют из вещества, атомы и молекулы которого. 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, чаще всего, в виде углекис­лых солей (мел [СаС03], поташ [КС03], углекислый барий [ВаСОа] и др.). В качестве связующего вещества применяют жидкое стек­ло, представляющее собой силикат натрия. Покрытие наносят на стержень электрода слоем 0,143,25 мм, что составляет 1,5-2% от массы электрода. Тонкое покрытие не создает защиты для рас­плавленного металла шва, по этой причине при сварке происхо­дит окисление и азотирование наплавленного металла. Шов по­лучается хрупкий, пористый, с различными неметаллическими включениями. Поэтому электроды с тонким покрытием исполь­зуют при выполнении неответственных сварных швов.

Меловое покрытие является наиболее простым тонким покры­тием. Оно состоит из мелкопросеянного чистого мела, разведенно­го на жидком стекле. На 100 мае. ч. мела берется 25-80 мае. ч. жидкого стекла. Полученная смесь размешивается в воде до сме - танообразного состояния. Электродные стержни окунают в этот раствор и сушат при комнатной температуре или в сушильных шкафах при температуре 30-4О С. Такие электроды дают при свар­ке швы очень низкого качества и поэтому применяются редко.

Электроды с тонким покрытием марок К-3 и А-1 дают более качественные сварные швы. 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% к массе концентрата и руды.

Покрытие А—1 содержит 86,6% титанового концентрата, 10,2% —марганцевой руды и 3,2% калиевой селитры. Жидкое стекло берется в количестве 30-35% к массе остальных 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% к массе остальных компонентов. Кроме этих покрытий применяют ряд других, имеющих различные назначения.

Электроды с толстым покрытием применяют для полу­чения сварных соединений высокого качества, поэтому эти покры­тия называют качественными.

Качественное покрытие выполняет следующие функции:

- обеспечивает устойчивое горение дуги;

- защищает расплавленный металл шва от воздействия кислорода и азота воздуха;

- раскисляет в металле шва оксиды;

- удалЯ’ет невосстанавливаемые 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.

Точно рассчитать состав электродных покрытий в зависимос­ти от состава свариваемого металла и требований, предъявляемых к сварочному шву, дает возможность теория сварочные процессов.

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

- ионизирующие вещества для снижения эффективного потенциала ионизации, что 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 с кислородоми поэтому восстанавливают металл шва. Раскислителями служат ферросплавы, алюминий, график 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 применяют по­левой шпат, кварц, мрамор, рутил, марганцевую руду и др.;

— легирующие вещества, которые в процессе сварки перехо­дят из покрытия в металл шва и легируют его для прида­ния тех или иных физико-механических качеств. 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.

По видам покрытия электроды подразделяют;

- с кислым покрытием — условное обозначение А;

- с рутиловым — Р;

- с целлюлозным — Ц;

- с основным — Б;

- с покрытием смешанного типа — двойное обозначение (например, АЦ);

- с прочими видами покрытий — ГГ.

Кислые покрытия (АНО-1, СМ-5) содержат руды в виде окислов железа и марганца. При плавлении они выделяют кис - лород, способный окислить металл ванны и легирующие приме­си. Для ослабления действия кислорода в покрытие вводят рас - кислители в виде ферросплавов. Однако наплавленный металл имеет относительно малую вязкость и пластичность и понижен­ное содержание легирующих примесей.

Рутиловые покрытия (АНО-3, АНО-4, МР-3, ОЗС-4) име­ют основным компонентом рутил (TiOz — диоксид титана). Шла­кообразующими служат рутил, а также полевой шпат, магнезит и др. В качестве раскислителя и легирующего компонента при­меняют ферромарганец.

Целлюлозные покрытия (ВСЦ-1, ВСЦ-2, ОМА-2) содержат главным образом органические компоненты в качестве газообра­зующих и связующих веществ. В качестве раскислителей введе­ны ферромарганец, ферросилиций.

Основные покрытия (УОНИИ-13, ДСК-50) составлены на основе плавикового шпата (СаР) и мрамора (карбонат кальция СаС03).

Широко легировать наплавляемый металл позволяет отсут­ствие в составе этого покрытия оксидов железа и марганца. При сварке можно получить металл шва заранее заданного химичес­кого состава с хорошими механическими свойствами. В качестве раскислителей покрытие содержит ферротитан, ферромарганец и ферросилиций.

Условное обозначение электродов включает марку электро­да, диаметр стержня, группу по качеству и номер ГОСТа.

Широкое применение получили следующие электроды: элек­троды УОНИИ-13 дают высокое качество металла шва и приме­няются для сварки ответственных швов из конструкционных ста­лей, такие электроды выпускаются нескольких марок: УОНИИ - 13/45, УОНИИ-13/55, УОНИИ-13/65 и УОНИИ-13/85. Цифры после черты означают получаемый предел прочности металла шва (кгс/мм2). При любом положении шва, но только на постоянном токе обратной полярности, можно производить сварку. Эти элект­роды применяют в заводских и монтажных условиях. Коэффици­ент наплавки электродов типа УОНИИ-13 достигает 9,5 г/(А * ч).

Электрод СМ-11 (тип Э42А) получил широкое распростра­нение в строительстве. Применяется при сварке ответственных конструкций во всех пространственных положениях. Наплавлен­ный металл имеет высокие механические свойства. Коэффици­ент наплавки электрода СМ-11 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). Они предназначены для сварки постоянным и переменным током.

Электрод марки ОЗС-4 (тип Э46), коэффициент наплавки

8,5 г/(А*ч), для сварки ответственных металлоконструкций из

низкоуглеродистой стали и электрод ОЗС-5, коэффициент на­плавки 11 г/(А • ч), содержащий в покрытий железный порошок, получили широкое применение. Сварка выполняется переменным и постоянным токами любой полярности во всех пространствен­ных положениях.

Для сварки ответственных конструкций из низкоуглеродистых сталей переменным или постоянным током во всех пространствен­ных положениях хорошие результаты дают электроды марки АНО-5 (тип Э42), 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 марок АНО-3 и АНО-4 (тип Э46), с коэффициентом наплавки 8 г/(А-ч).

Устойчивым горением дуги, незначительным разбрызгива­нием металла, стойкостью против образования кристаллизаци­онных трещин и легкостью отделения шлаковой корки характе­ризуются электроды типа АНО.

Электроды марки ОМА-2 (тип Э42) — стержень из проволо­ки Св-08 диаметром до 3 мм, ток в пределах 35—65 А применяют для сварки конструкций из низкоуглеродистых и низколегиро­ванных сталей малых толщин (0,8-3,0 мм) во всех пространствен­ных положениях.