Сварочные электроды

Дата: 2015-03-01 21:27
 

Сварочный электрод — это металлический или неметаллический стержень, предназначенный для подвода тока к свариваемому изделию. Электроды бывают двух типов:

— плавящиеся, выполненные обычно из того же или сходного со свариваемым изделием металла;

— неплавящиеся, которые, в свою очередь, могут быть металлическими (обычно вольфрам) или неметаллическими (уголь или графит).

Ввиду широкого распространения сварки по технологии ММА, наибольшее распространение получили плавящиеся металлические электроды. Электроды для ручной дуговой сварки представляют собой металлический стержень, на поверхность которого методом окунания или опрессовкой под давлением наносится покрытие (обмазка) определенного состава и толщины (рис. 20).

Рис. 20. Сварочный плавящийся электрод с покрытием:
1 — стержень; 2 — участок перехода; 3 — покрытие; 4 — контактный торец без покрытия; d — номинальный диаметр сварочной проволоки; D — внешний диаметр покрытия; l — длина зачищенного от покрытия конца; L — номинальная длина электрода

Металлический стержень электрода выполняется из проволоки диаметром 1,6—12 мм. Электродная проволока по химическому составу делится на три группы:

1 — с содержанием углерода не более 0,12 %, предназначена для сварки низкоуглеродистых, среднеуглеродистых, а также некоторых низколегированных сталей. Малое содержание углерода в сварочной проволоке снижает склонность металла шва к пористости и образованию твердых закалочных структур;

2 — легированная, предназначенная для сварки низколегированных, конструкционных и теплостойких сталей;

3 — высоколегированная, предназначенная для сварки хромистых, хромоникелевых, нержавеющих и других легированных сталей.

В зависимости от отношения диаметров покрытия и электродной проволоки (D/d) электроды по толщине покрытия подразделяются на 4 типа:

М — электроды с тонким покрытием D/d <= 1,2;

С — электроды со средним покрытием 1,2 <= D/d <= 1,45;

Д — электроды с толстым покрытием 1,45 <= D/d <= 1,8;

Г — электроды с особо толстым покрытием D/d >= 1,8.

Наиболее простое тонкое покрытие изготавливают из мелко просеянного мела, разведенного на жидком стекле. На 100 весовых частей мела берется 25—30 весовых частей жидкого стекла. Полученная смесь размешивается в воде до получения сметанообразного состояния. Покрытие наносится на электродную проволоку окунанием, с последующей сушкой при температуре 30—40 °С.

Тонкое покрытие предназначено только для стабилизации горения дуги и не создает защиты для расплавленного металла шва, что приводит к окислению и азотированию наплавленного металла. Такие электроды не используют при выполнении ответственных работ, так как сварочный шов получается хрупким, пористым, с различными неметаллическими включениями.

Сварные соединения высокого качества выполняют электродами со средним, толстым и особо толстым покрытием. Кроме стабилизации горения дуги эти покрытия способны выполнять еще ряд функций: защищать расплавленный металл шва от воздействия кислорода и азота воздуха; раскислять окислы, образующиеся в процессе сварки; изменять состав наплавляемого металла, вводя в него легирующие примеси; удалять серу и фосфор из расплавленного металла шва. Такие покрытия образовывают шлаковую корку поверх металла шва.

Для выполнения перечисленных функций покрытие электрода содержит следующие компоненты:

— ионизирующие вещества, облегчающие возбуждение сварочной дуги и поддерживающие ее стабильное горение (мел, мрамор, поташ, полевой шпат и т. п.);

— вещества, защищающие сварочную ванну от воздействия кислорода и азота воздуха (крахмал, древесная мука, целлюлоза и т. п.). При сварке они разлагаются и сгорают, выделяя большое количество защитных газов;

— раскислители, которые обладают большим сродством к кислороду и поэтому восстанавливают металл шва, улучшая его качество (ферросплавы, алюминий, графит и т. п.);

— легирующие вещества (ферромарганец, ферросилиций, феррохром, ферротитан), позволяющие улучшить свойства сварочного шва;

— шлакообразующие вещества образуют шлак, который, затвердевая на поверхности шва, препятствует его быстрому охлаждению, а также защищает от воздействия атмосферы (полевой шпат, кварц, мрамор, рутил, марганцевая руда и т. п.);

— связующие вещества, предназначенные для замешивания всех компонентов покрытия, а также для удержания покрытия на электроде и придания ему достаточной механической прочности после сушки. Обычно в качестве связующего вещества используют жидкое стекло, реже применяют декстрин.

Для увеличения количества наплавляемого металла в единицу времени в электродные покрытия иногда вводят железный порошок. Это улучшает технологические свойства электродов: облегчает повторное зажигание дуги, уменьшает скорость охлаждения наплавленного металла, что благоприятно сказывается при сварке в условиях низких температур.

Более качественные сварные швы дают электроды с покрытием, основой которого является титановый концентрат.

Качественные покрытия разделяют на четыре основные группы:

А — кислые покрытия, содержащие руды в виде окиси железа, марганца, кремния, иногда титана;

Б — основные покрытия, имеющие в качестве основы фтористый кальций и карбонад кальция. Сварку электродами с основным покрытием осуществляют на постоянном токе и обратной полярности. Вследствие малой склонности металла к образованию кристаллизационных и холодных трещин электроды с этим покрытием используют для сварки больших сечений;

Ц — целлюлозные покрытия, имеющие в качестве основы целлюлозу, муку или другие органические составы, создающие газовую защиту дуги и образующие при плавлении тонкий шлак. Электроды с целлюлозным покрытием применяют, как правило, для сварки стали малой толщины;

Р — рутиловые покрытия, основным компонентом которых является рутил. Для шлаковой и газовой защиты в покрытия этого типа вводят соответствующие минеральные и органические компоненты. При сварке на постоянном и переменном токе разбрызгивание металла незначительно. Устойчивость горения дуги, формирование швов во всех пространственных положениях хорошее.

В обозначениях электродов встречаются также:

П — прочие виды покрытия;

Ж — с содержанием в покрытии > 20 % железного порошка.

Смешанные покрытия обозначают двумя буквами.

Согласно ГОСТ 9466-75, условное обозначение электродов для дуговой сварки и наплавки сталей представляет собой длинную дробь, например:

    Э46А - УОНИ - 13/45 - 3,0 - УДЗ
—————————————————
                      Е-412(5)-Б20

В числителе записан тип электрода Э46А, его марка УОНИ-13/45, диаметр 3,0 мм и группа из двух букв и цифры УДЗ. Типы электродов для ручной дуговой сварки углеродистых, низколегированных, конструкционных и других сталей обозначают буквой Э, затем следуют цифры, указывающие прочностную характеристику наплавленного металла. Так, обозначение Э46 означает, что электроды этого типа обеспечивают минимальное временное сопротивление 460 МПа.

Если в обозначении после цифр стоит буква А, значит, этот тип электрода обеспечивает более высокие пластические свойства наплавленного металла.

Для сварки вышеуказанных сталей предусмотрены 14 типов электродов (табл. 3), в которых определены основные механические свойства и содержание вредных примесей (серы и фосфора).

Первая буква последней группы числителя (У) указывает назначение электрода, вторая (Д) — толщину покрытия (см. выше), цифра (3) — группу электродов по качеству изготовления.

Шифр буквы назначения электродов:

У — для конструкционных сталей с временным сопротивлением разрыву σв < 600 МПа (60 кгс/мм2);

Л — для легированных конструкционных сталей с σв > 600 МПа (60 кгс/мм2);

Т — для теплоустойчивых легированных сталей;

В — для высоколегированных сталей;

Н — для наплавки.

По качеству электроды делят на три группы 1, 2 и 3, где требования возрастают от группы 1 к группе 3.

В знаменателе приведены буква Е (электрод), группа индексов 412(5), указывающих характеристики наплавленного металла и металла шва (по ГОСТ 9467-75, ГОСТ 10051-75 или ГОСТ 10052-75), и группа из одной буквы и двух цифр Б20. Буква Б обозначает вид покрытия, первая цифра 2 — допустимые пространственные положения при сварке, вторая цифра 0 — требование к электропитанию дуги.

Допустимые пространственные положения при сварке или наплавке обозначают следующим образом:

1 — для всех положений;

2 — для всех положений, кроме вертикального сверху вниз;

3 — для нижнего, горизонтального на вертикальной плоскости и вертикального снизу вверх;

4 — только нижнее и нижнее «в лодочку».

По роду и полярности применяемого при сварке или наплавке тока, а также по номинальному напряжению холостого хода источника переменного тока частотой 50 Гц электроды подразделяются в соответствии с табл. 4.

Одному и тому же типу электродов могут соответствовать несколько марок, например: электродам типа Э46 соответствуют марки АНО-4, МР-3 и др.; электродам типа Э42А соответствуют марки УОНИ-13/45 и СМ-11 (табл. 5).