§16. Свойства электродов для сварки. Электродные покрытия. Технологические характеристики электродов.

Инверторная сварка предполагает задействование в работу ИИСТ — инверторного источника сварочного тока. Это сварочный агрегат, один из вариантов электропитания для сварочной дуги, которая формируется разрядом в газе. Он обеспечивает получение неразъемного соединения за счет установившихся межатомных связей между свариваемыми деталями в условиях нагрева и/или пластического деформирования. Как правильно выбрать электроды для сварки инвертором?

Варианты сварочного оборудования

Разные варианты сварки могут выполняться аппаратом одного вида, универсальный ИИСТ работает в разных режимах, с различными материалами. Основная цель – постоянный стабильный процесс горения сварочной дуги, необходим также легкий поджиг.

Источники питания сварочной дуги:

• Трансформаторы. Специально предназначен для сварочных работ, с помощью преобразования напряжения сети в низкое напряжение переводит ток из низкого в высокий. Показатели достигают тысяч ампер. Изменение параметров проходит за счет секционирования витков обмотки аппарата, первичной или вторичной.
• Электрогенераторы, работающие на дизеле, бензине или от электричества. Иначе именуются сварочными агрегатами, по сути – мобильные электростанции., способные генерить электрический ток для сварки и резки электродуговым способом.
• Выпрямители. Преобразователи энергии переменного электротока в постоянный, однонаправленный, выходной тип.
• Инверторы. Устройства для преобразования тока постоянного типа в переменный, меняется напряжение по типу дискретного сигнала. Используются как отдельные аппараты или в системах бесперебойного питания.

Выпрямители и инверторы относятся вариантами одной электрической машины. Это обусловлено правилом обратимости электромашин, заключающемся в преобразовании электроэнергии в механическую, и обратном преобразовании.

Какие задачи решает электрод?

В целом электроды решают сразу несколько задач:

1. Вещества, которые входят в состав покрытия, характеризуются низкой величиной потенциала ионизации. В результате электрическая дуга после зажигания легко насыщается свободными ионами, которые поддерживают и стабилизируют процесс горения.
2. Обмазка электродов не только создает газовое облако во время сгорания, но также участвует в образовании поверх сварного шва слоя шлака. Он выполняет защитную функцию и одновременно снижает скорость охлаждения расплавленного металла. Благодаря этому создаются благоприятные условия для удаления из шва нежелательных примесей или неметаллических включений.
3. Важным условием получения качественных швов является отсутствие в них кислорода. Поэтому в состав покрытия электрода входят специальные вещества – раскислители. В процессе сварки они вступают в химическую реакцию с кислородом и «связывают» его.
4. Еще одна важная функция – легирование металла шва рядом элементов с целью улучшения его свойств. Для этого в состав электрода входят хром, кремний, марганец, титан и др.

Назначение электродов

Само название «электрод» возникло от двух греческих слов: elektra и hodos. Они переводятся как «электричество» и «дорога».

Устройство и способ функционирования устройства

Конструктивно инвертор собирается как блок нескольких устройств:

• Трансформатор, обеспечивающий снижение напряжения.
• Блок схем, опирающихся на транзисторах металл-оксид-полупроводникового типа — МОП, по-английски – MOSFET — metal-oxide-semiconductor field effect transistor, или вида БТИЗ-по-английски, IGBT — Insulated-gate bipolar transistor.
• Дроссель для стабилизации токовых пульсаций.

Работа устройства происходит следующим образом:

Напряжение сети поступает на выпрямитель, постоянный ток преобразуется в переменный, имеющий высокую частоту. Он передается на сварочный трансформатор, с него напряжения идет на сварочную дугу.

Особенностью инверторного аппарата является компактность, улучшенное качество работы дуги. Благодаря этому повышается КПД, уменьшается разбрызгивание во время работы, можно регулировать параметры сварки. Это обусловило их популярность и широкое применение не только профессионалами, но и мастерами-любителями.

Как выбрать электроды для сварки инвертором

Чтобы обеспечить высокий уровень мастерства в процессе сваривания металлов, получить ровный, надежный шов, стоит сконцентрироваться не только на характеристиках инвертора, но и на параметрах сварных стержней.

Электроды для сварки инвертором – это стержни, ведущие электроток непосредственно к локации, где проходит сварочный процесс. Эффективность обеспечивается рядом параметров, которые должны характеризовать электрод. Основные из них:

• Равномерное плавление самого стержня и его покрытия.
• Поддержание физико-механических, химических характеристик материала стержня в период хранения и эксплуатации.
• Невысокая токсичность, минимальное выделение вредных веществ во время сварочного процесса.

Во время сварки от него требуется обеспечить стабильную постоянную дугу горения для получения ровного красивого шва, отсутствие массированного разбрызгивания раскаленных брызг металла, легкое отделение шлака, образовавшегося на поверхности шва.

По целевому использованию электроды делятся на категории.

Стержни применимы для сварки:

1. Изделий и поверхностей, изготовленных из углеродистых или низколегированных металлов.
2. Деталей из теплоустойчивых материалов, обладающих высокой прочностью и твердостью.
3. Компонентов из нержавеющих сталей.
4. Изделий из алюминиевых и медных сплавов или из соответствующих чистых материалов.
5. Деталей, компонентов из чугуна.
6. В условиях небольших ремонтных работ, при необходимости наплавки на уже имеющиеся изделия.
7. Поверхностей из неизвестных металлов.

Вид покрытия электродов

Выбор того или иного типа покрытия зависит от свариваемых материалов, а также нагрузок, которые предстоит испытать конструкции. Различают 4 разновидности покрытий.

Основное (маркировка Б)

Расходники с основным покрытием применяют для получения высококачественного шва, отличающегося значительной ударной вязкостью, прочностью, пластичностью. Шов устойчив к образованию кристаллизационных трещин и естественному старению. Эту продукцию применяют при изготовлении ответственных конструкций, которые приходится эксплуатировать в условиях сурового климата.

Преимущества:

• хорошие механические характеристики и высокая химическая чистота шва;
• минимум водорода в навариваемом металле.

Есть и минусы:

• иногда в сварном шве образуются поры. Это может быть при увлажнении покрытия. Поры образуются и при наличии по краям соединяемых деталей окалины, ржавчины или масляных следов;
• сложности с хранением;
• отделение шлака очень трудоемкое;
• короткая и нестабильная дуга.

Рутиловое (маркировка Р)

Область использования продукции с рутиловым покрытием — электросварка деталей из низкоуглеродистых сталей. К технологическим преимуществам относятся:

• стойкое горение дуги при использовании постоянного и переменного тока;
• минимум разбрызгивания материала при инверторной сварке;
• хорошая отделяемость шлака;
• эстетичность шва;
• возможность применения для соединения ржавых и (или) загрязненных заготовок.

Главный минус рутилового покрытия — ограниченная область использования. В частности, такими электродами нельзя соединять элементы, которые планируется эксплуатировать при высоких температурах. Есть и другой недостаток: низкая химическая чистота и высокая текучесть металла.

Кислое (маркировка А)

Основное преимущество обмазок с маркировкой А — нулевой риск образования пор в области сварочного шва, даже при наличии на соединяемых элементах слоя окалины и (или) ржавчины. К особенностям этого варианта также относится легкость зажигания и равномерное горение дуги. Данный вариант используют при минимальных требованиях к готовой конструкции. Стержни с кислым покрытием можно использовать при переменном и постоянном токе.

Достоинства:

• низкая себестоимость работ;
• минимальная трудоемкость удаления шлака;
• возможность применения при постоянном и переменном токе;
• простота хранения;
• высокий уровень раскисления.

К минусам относят:

• вредные для здоровья испарения;
• высокий уровень текучести металла;
• брызги при сварке;
• большая вероятность образования горячих трещин.

Целлюлозное

Изделия с обмазкой, выполненной из целлюлозы, маркируют буквой Ц. Их отличает стабильное горение дуги при постоянном токе. Такие расходные материалы применяют при сварке магистральных труб из низкоуглеродистых сортов стали.

Преимущества:

• качественный провар;
• минимум шлака.

Данная категория не рекомендуется для работы со сплавами с большим содержанием углерода. Еще один недостаток — раскаленные металлические брызги во время работы. При использовании с переменным током требуется дополнительное оборудование.

• тонкие (маркировка М). Соотношение от 1,2;
• средние (С) — от 1,45;
• толстые (Д) — до 1,8;
• особо толстые (Г) от 1,8.

Толщина покрытия для качественной продукции колеблется в пределах 0,5-2,5 мм. По массе это составляет 20-40% от одноименного параметра внутреннего стержня.

Основные характеристики сварочных стержней

Подбирая электроды для сварки обращают внимание на следующие характеристики:

• Диаметр. Значение этого показателя связано с тем, какие детали или изделия необходимо соединить сварным методов, каков их размер, толщина. Также это определяется особенностями сварочного аппарата. Самый распространенный показатель диаметра – 3 мм.
• Марка электрода. Определяется свойствами материалов, использованных при изготовлении стержней.
• Покрытие. Предохраняет стержень от процессов коррозии. Другая задача – создание защитного облака газов вокруг места сварки для предотвращения окисления и шлакообразования.
• Условия хранения. Покрытия способны впитывать влагу, она отрицательно сказывается на качестве шва, розжиге дуги.
• Бренд производителя.

Разновидности стержней, так же, как требования к ним описываются в нормативных документах ГОСТ.

Преимущества популярных марок электродов

Многие современные виды электродов для сварки с использованием инвертора обладают следующими преимуществами.

• Простота выполнения сварки. Сложности при сварке такими электродами могут возникнуть, если вы некорректно подобрали их по составу материала сердечника.
• Высокое качество шва. Данный параметр является самым важным при сварочных работах, и электроды указанных марок позволяют его обеспечить. Используя такие электроды для инвертора, можно получать качественные внутренние и наружные соединения, сварные швы выпуклой и вогнутой формы.
• Легкая отделяемость шлака. Шлак, полученный при сварке с использованием таких электродов, легко отделяется, что дает возможность сразу посмотреть, какое качество шва они обеспечивают.
• Можно варить детали, подвергнутые коррозии. Конечно, изделия, покрытые слоем ржавчины, варят очень нечасто, но данные электроды позволяют получить качественный и надежный шов даже в этом случае.
• Процесс сварки безопасен для сварщика с точки зрения санитарно-гигиенических норм.

Электроды марки АНО известного производителя ESAB

Виды электродов по конструкции и материалу

Важные критерии, по которым различаются сварочные стержни- конструкция и материал.

Материал, из которого изготавливают электроды

Качественные характеристики швов зависят в большой мере от свойств материалов, использованных при изготовлении прутков. В соответствии с Государственными стандартами для производства прутков используется две большие группы материалов:

1. Металлы
2. Неметаллические материалы.

По другой классификации они делятся на две группы

• Неплавящиеся – произведенные из угольного материала, вольфрама, графита

Для металлических стержней из вольфрама используется цветовая маркировка:

WP (зеленый). Переменный ток. Работают на магнии, алюминии, различных сплавах WT-20 (красный) – постоянный ток, применяют для сваривания сталей нескольких видов: углеродистых, низколегированных, нержавеющих.

WC-20 (серый). Постоянный и переменный ток. Универсальный вариант для сварки всех видов стальной продукции.

WL-15 (золотой). Постоянный и переменный ток. Работают на сталях нержавеющих, легированных.

WL-20 (синий). Постоянный и переменный ток. Сваривают нержавеющие и ламинированные виды стальных изделий.

WY-20 (темно-синий). Постоянный ток. Работают не только со сталью нержавеющей, низколегированной, углеродистой, но и с другими металлическими материалами: медными и титановыми.

WZ-8 (белый). Переменный ток. Сваривают алюминиевые и магниевые изделия. Присадки доставляются отдельно. Работы проводятся в газовой среде для защиты свариваемых элементов.

Неплавящиеся стержни отличаются целым рядом положительных качеств — не подвергают металл деформационным воздействиям; — обеспечивают ровный, прочный, долговечный шов.; — процесс сварки и резки проходит на высокой скорости.

Есть недостатки: газ, создающий защитную ванну, легко выдувается, когда работа идет на воздухе, особенно в ветреную погоду. Помимо этого, необходимы предварительные работы на металле, зачистка свариваемых поверхностей.

• Плавящиеся – металлические стержни. Плавление электрода приводит к формированию шва.

Среди них есть два типа: непокрытые и покрытые. Первый вариант раньше применялся очень широко. Сейчас вытеснен вариантами с различными видами покрытий. Непокрытый вариант может использоваться, когда работает специализированная технология непрерывной сварки в среде защитных газов.

Органические и неорганические вещества, представляющие покрытие, создают определенные эффекты. Возникает защитное газовое облако вокруг сварной ванны. Часть обмазки переходит в жидкое состояние, покрывает расплавленный металл, отграничивая его от кислорода воздуха. Создаются защитные механизмы для образовавшегося сварного шва от воздействий окружающей среды.

Порошковое напыление решает две основные задачи:

— отлаживает стабильность, постоянство процессов горения материала электрода; — изменение физико-химических характеристик свариваемого металлического материала благодаря попаданию элементов стержня, вступлению во взаимодействие на уровне атомов веществ.

Покрытия электродов

Эффективность сварочных работ зависит в значительной мере от покрытий стержней.

Существуют четыре вида покрытий:

• Основное. Обозначение Б.

УОНИ — Универсальная обмазка научного исследовательского института, работает при сварке на постоянном токе. Создает прочные, гибкие, эластичные швы, устойчивые к различным воздействиям, в том числе к ударным нагрузкам. Работают во всех пространственных положениях, за исключением вертикального сверху-вниз и металлоизделий, отличающихся большой толщиной.

• Рутиловое. Обозначение Р.

Способно работать во всех сварных режимах: с постоян. и перемен. током во любых пространственных направлениях, кроме вертикального сверху вниз. Зажигается легко даже при низком напряжении холостого хода инвертора. Отрицательный момент: шлак на швах может создавать проблемы, убрать его можно порой лишь с помощью молотка.

• Кислое. Обозначение А.

Можно сваривать во всех сварных режимах: с постоян. и перемен. током любых пространственных положениях, кроме вертикального. Рекомендуется не применять для сталей, у которых в составе много углерода, серы. В качестве недостатков замечено относительно большое разбрызгивание, иногда в швах наблюдаются трещины. Помимо этого, токсичность кислого варианта предполагает специальную подготовку рабочего места- оборудование его вытяжной аппаратурой.

• Целлюлозное. Обозначение Ц.

Сварка постоянным и переменным током может проходить во всех пространственных положениях. Удобно применять в условиях монтажа. Особое требование – не допуск перегрева. Большое разбрызгивание и, соответственно, увеличенные потери материала.

• Смешанный вид. Обозначение АЦ.

Возможность сварочных работ на различных конструкциях, трубопроводах, при любом положении шва, за исключением потолочного. Низкий расход на единицу наплавленного металла.

В основе напылений лежат ряд компонентов:

А – окись железа, свинца или иных металлов.

Б – два компонента на основе кальция: карбонат и фторид.

Ц – целлюлоза как базовая характеристика.

Р – рутил как основной элемент.

Другие параметры для оценки стержней

При выборе электродов обращают внимание на размеры прутка. Диаметр предопределяет, какой толщины и размера металлические изделия могут им свариваться.

Существует стандартная таблица размеров, в которой приводится соответствие толщин листов или изделий из стали диаметру электродов:

Еще один важный показатель относится к электрической силе тока в амперах, которая необходима для того, чтобы успешно проварить металл определенной толщины

Когда работа проходит в пространственном положении вертикальном или потолочном, силу тока можно снизить на 15-20 %. в этом случае диаметр стержня достаточен до 4 мм.

Технология ручной дуговой сварки

Свариваемые материалы

С помощью РДС, как правило, свариваются стали: углеродистые обыкновенного качества (по ГОСТ 380—88); углеродистые качественные конструкционные с нормальным (марок 10, 15 и 20) и повышенным (марок 15Г и 20Г) содержанием марганца (ГОСТ 1050—74 и ГОСТ 4543—71 соответственно); низколегированные (ГОСТ 19282—73; ГОСТ 19281—73); легированные конструкционные (ГОСТ 4543—71); теплоустойчивые (ГОСТ 20072—88); высоколегированные, а также жаростойкие и жаропрочные Fe—Ni сплавы) по ГОСТ 5632—72. Кроме того, с помощью РДС возможна сварка чугуна и цветных металлов (Al, Cu и их сплавов).

Электроды для РДС и примеры их промышленного применения

Для РДС плавящимся электродом применяют электроды, представляющие собой стержни из сварочной проволоки (длиной 0,225—0,450 м) с электродным покрытием. Покрытие наносят с целью: поддержания устойчивого горения дуги; защиты зоны сварочной дуги от воздействия O2 и N2 воздуха; образования на поверхности сварочной ванны и металла шва слоя шлака, защищающего ванночку от доступа воздуха и замедляющего охлаждение шлака; раскисления металла шва и его легирования.

Для изготовления электродных стержней применяют проволоку из стали и цветных металлов. При сварке чугуна, бронзы и некоторых других металлов применяют также литые электродные стержни.

По ГОСТ 2246—70 холоднотянутая сварочная проволока маркируется следующим образом: малоуглеродистая — Св-08, Св-08А, Св-08АА, Св-08ГА и СВ-10Г2; легированная — Св-08ГС, Св-12ГС, Св-08Г2С, Св-10ГН, Св-08ГСМТ и т. д. (всего 30 марок); высоколегированная Св-12Х11НМФ, Св-10Х11НВМФ, Св-12X13, Св-20Х13, Св-06Х14, Св-08Х14ГНТ и т. д. (всего 41 марка).

Общие требования к электродам

Согласно ГОСТ 9466—75 по назначению электроды подразделяются для сварки: У — углеродистых и низколегированных конструкционных сталей с σв≤600 МПа; Л — легированных конструкционных сталей с σв≤600 МПа, Т — легированных теплоустойчивых сталей, В — высоколегированных сталей с особыми свойствами.

Электроды для сварки стали подразделяются на типы — по ГОСТ 9467—75 и ГОСТ 10052—75 и на марки — по стандартам или ТУ (при этом каждому типу электрода может соответствовать одна или несколько марок).

По толщине покрытия в зависимости от отношения D/dэ (D — диаметр покрытия, dэ — диаметр электрода, определяемый диаметром стержня) электроды подразделяют:

М — с тонким (D/dэ≤1,20), С — со средним (l,20э≤1.45), Д — с толстым (l,45э≤l,80) и Г — с особо толстым (D/dэ>1,80) покрытием.

В зависимости от покрытия электроды подразделяют на виды: А (кислое покрытие), Б (основное покрытие), Ц (целлюлозное), Р (рутиловое) и П (покрытия прочих видов). При покрытии смешанного вида используют соответствующее двойное обозначение. При наличии в покрытии железного порошка в количестве >20 % к обозначению вида покрытия добавляется буква Ж.

По допустимым пространственным положениям сварочные электроды подразделяют на группы: 1 — для всех положений; 2 — для всех положений, кроме сварки вертикальной «сверху вниз»; 3 — для нижнего, горизонтального на вертикальной плоскости и вертикального «снизу вверх»; 4 — для нижнего и нижнего «в лодочку».

По роду и полярности применяемого Iсв, а также по номинальному напряжению Uх.х используемого источника питания сварочной дуги переменного тока частотой 50 Гц электроды подразделяют в соответствии с табл. 1.1.

Структура условного обозначения электродов согласно ГОСТ 9466—75 показана на рис. 1.1. Полное условное обозначение электрода должно быть указано на этикетках или в маркировке коробок, пачек и ящиков с электродами.

Типы покрытых электродов для сварных конструкционных и теплоустойчивых сталей

Требования к металлическим покрытым электродам для РДС углеродистых, низколегированных и легированных конструкционных, а также легированных теплоустойчивых сталей устанавливает ГОСТ 9467—75.

Электроды для сварки конструкционных сталей подразделяют на следующие типы по механическим свойствам металла шва, наплавляемого металла и сварных соединений при нормальной температуре:

— Э38, Э42, Э46 и Э50 —для сварочных углеродистых и низколегированных конструкционных сталей с σв≤500 МПа;

— Э42А, Э46А и Э50А —для сварочных углеродистых и низколегированных конструкционных сталей с σв≤500 МПа, когда к металлу шва предъявляют повышенные требования по пластичности и ударной вязкости;

— Э55 и Э60 — для таких же сталей с σв = 500÷600 МПа;

— Э70, Э85, Э100, Э125, Э150 —для сварочных легированных конструкционных сталей повышенной и высокой прочности с σв≥600 МПа.

Химический состав металла, наплавленного электродами указанных выше типов, должен соответствовать требованиям стандартов или ТУ на электроды конкретных марок. Механические свойства металла шва, наплавленного металла и сварочного соединения должны соответствовать нормам, приведенным в табл. 1.2.

Примечания: 1. Для электродов типов Э38, Э42. Э46. Э50. Э42А, Э46А, Э50А, Э55 и Э60 приведенные значения механических свойств установлены в состоянии после сварки, без ТО (термической обработки). После ТО механические свойства для электродов перечисленных типов должны соответствовать требованиям стандартов. 2. Для электродов типов Э70, Э85, Э100, Э125 и Э150 приведенные значения механических свойств установлены для металла шва и наплавленного металла после ТО по режимам, регламентированным стандартами или ТУ на электроды конкретных марок. Механические свойства металла шва и наплавленного металла в состоянии после сварки для электродов перечисленных типов должны соответствовать требованиям стандартов или ТУ на электроды конкретных марок. 3. Показатели механических свойств сварных соединений, выполненных электродами типов Э70, Э85, Э100, Э125 и 3150 с dэ≤3 мм. должны соответствовать требованиям стандартов или ТУ на электроды конкретных марок.

Согласно ГОСТ 9466—75, в условном обозначении электродов группа индексов, указывающих характеристики наплавленного металла и металла шва, в знаменателе (см. рис. 1.1) записывается так: первые два указывают минимальное значение σв, а третий — условно характеризует минимальные значения одновременно относительного удлинения δ5 и критическую температуру хрупкости Тx (табл. 1.3). При этом характеристики механических свойств определяются согласно требованиям ГОСТ 9466—75.

Электроды для сварки легированных теплоустойчивых сталей

По ГОСТ 9467—75 эти электроды в зависимости от химического состава подразделяют на следующие типы: Э-09М, Э-09МХ, Э-09Х1М, Э-05Х2М. Э-09Х2М1, Э-09Х1МФ, Э-10Х1М1НФБ, Э-10ХЗМ1БФ, Э-10Х5МФ.

Химический состав металла, наплавленного электрода для сварочной легированной теплоустойчивой стали, а также механические свойства наплавленного металла или металла шва должны соответствовать нормам, приведенным в табл. 1.4.

Примечания: 1. Приведенные значения механических свойств установлены для металла шва и наплавленного металла после ТО по режимам, регламентированным стандартами или ТУ на электроды. 2. Показатели механических свойств сварных соединений, выполненных электродами с d э< 3 мм, должны соответствовать требованиям стандартов или ТУ на электроды конкретных марок.

В условном обозначении электрода для сварочных легированных теплоустойчивых сталей группа индексов, указывающих характеристики наплавленного металла и металла шва по ГОСТ 9466—75, должна включать два индекса. Первый характеризует величину Тx (как третья цифра в табл. 1.3), а второй — максимальную рабочую температуру, при которой регламентированы показатели длительной прочности наплавленного металла и металла шва (табл. 1.5).

* Максимальная рабочая температура, при которой регламентируются показатели длительной прочности наплавленного металла и металла шва.

Электроды для сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами

По ГОСТ 10052—75 предусмотрено 49 типов электродов для РДС коррозионностойких, жаропрочных и жаростойких высоколегированных сталей мартенситного, мартенсито-ферритного, ферритного, аустенито-ферритного и аустенитного классов (Э-12Х13, Э-06Х13, Э-10Х17Т, Э-12Х11НМФ, Э-12Х11НВМФ и др.).

В основе классификации электродов по типу лежат химический состав и механические свойства (табл. 1.6). Для некоторых типов электродов нормируется также содержание ферритной фазы в структуре (табл. 1.7), его стойкость к межкристаллитной коррозии и максимальная температура, при которой регламентированы показатели длительной прочности металла шва.

*1 Наплавленный металл и металл шва не склонны к межкристаллитной коррозии; испытание по методу (ГОСТ 6032 — 84). *2 Максимальная рабочая температура (°С), при которой регламентируются показатели длительной прочности наплавленного металла и металла шва. *3 Максимальная рабочая температура сварных соединений (°С), до которой допускается применение электродов при сварке жаростойких сталей. *4 Содержание ферритной фазы в наплавленном металле для электродов, обеспечивающих аустенито-ферритную структуру наплавленного металла.

Приведенные нормы химического состава наплавленного металла и содержание в нем ферритной фазы, а также механические свойства металла шва и наплавленного металла должны быть проверены при испытании электродов в соответствии с требованиями ГОСТ 94Р6—75.

Испытания наплавленного металла на межкристаллитную коррозию проводят согласно ГОСТ 6032—84 или по специальной методике, оговоренной в стандарте или ТУ на электроды конкретной марки.

Условное обозначение электродов должно соответствовать ГОСТ 9466—75.

В знаменателе условного обозначения группа индексов указывающих характеристики наплавленного металла и металла шва, должна состоять из четырех цифр для электродов, обеспечивающих получение аустенито-ферритной структуры наплавленного металла, и из трех — для остальных электродов. Индексы характеризуют стойкость наплавленного металла и металла шва к МКК, жаропрочность, жар (стойкость и количество ферритной фазы в металле шва (табл. 1.8). Все данные, необходимые для составления группы индексов, должны быть взяты из стандартов или ТУ на электроды конкретных марок.

Электроды для сварки чугуна и цветных металлов

Tpe6oвания к покрытым электродам для сварки чугуна и цветных металлов (алюминия, меди и их сплавов) государственными стандартами не регламентированы, и все указанные электроды изготовляют но стандартен или ТУ на электроды конкретных марок.

Для сварки чугуна наиболее часто используют электроды марок ОМЧ-1 ВЧ-3, МНЧ-1, МНЧ-2, ЦЧ-ЗА, ЦЧ-4 и т. д. Для сварки алюминия и его сплавов широко распространены электроды марок ОЭА-1, ОЭА-2 и А2, а для сварки меди и ее сплавов — электроды марок «Комсомолец-100», МН-5 и ОЭБ-1.

Особенности технологии сварки

Типы сварных швов и подготовка кромок

Основные типы и конструктивные элементы шва сварных соединений регламентированы ГОСТ 5264—80, ГОСТ 11534—75 и ГОСТ 16037—80.

Техника сварки

Зажигают дугу кратковременным прикосновением конца электрода к изделию. Вследствие протекания Iк.э и наличия контактного сопротивления торец электрода быстро нагревается до высокой температуры, и после отрыва электрода от изделия устанавливается дуговой разряд, зазор не должен превышать 4—5 мм, иначе дуга прервется. Необходимым условием возбуждения дуги в момент отрыва электрода является обеспечение быстрого подъема напряжения источником питания до 20—25 В.

«Ведут» дугу таким образом, чтобы свариваемые кромки проплавлялись с образованием требуемого количества наплавленного металла и чтобы шов был хорошо сформированным. Это возможно при условии, что lд постоянна, а электрод перемещается по заданной траектории (lд — расстояние между концом электрода и сварочной ванной). Нормальной считается lд=(0,5÷1,2)dэ в зависимости от марки электрода и условий сварки. Постоянство lд зависит от квалификации сварщика, который должен подводить электрод к изделию равномерно, по мере расплавления места сварки.

Основные, наиболее часто используемые способы перемещения конца электрода при сварке приведены в табл. 1.9. При очень короткой дуге шов плохо формируется, а при чрезмерно большой — уменьшается глубина провара, повышается разбрызгивание, ухудшается качество металла шва. В некоторых случаях (например, при сварке электродом с основным покрытием) это может привести к образованию пор в металле шва.

В зависимости от длины свариваемого стыка и толщины металла δме различают несколько способов выполнения шва (рис. 1.2).

Короткие швы (длиной до 250 мм) обычно выполняют «на проход». Швы средней длины (250—1000 мм) — либо от середины к краям, либо обратно-ступенчатым способом. В последнем случае стык разбивают на короткие участки (100—300 мм). Сварку на каждом участке ведут в направлении, обратном общему ее направлению; конец последующего участка совпадает с началом предыдущего.

Длинные швы выполняют обратно-ступенчатым способом от середины к краям, что уменьшает сварочные напряжения и деформации.

При сварке металла большой толщины швы выполняют за несколько проходов слоями или валиками (рис. 1.3), что также способствует снижению сварочных напряжений и деформаций. При первом способе каждый слой шва выполняют за один проход, при втором — за несколько проходов. При сварке слоями внутренние напряжения и, следовательно, деформации снимаются в большей степени, чем при сварке валиками. Первый способ применяют преимущественно при сварке угловых швов, второй — при стыковой сварке, так как широкие швы высокого качества в верхней и средней частях разделки выполнить сложно.

Для снижения сварочных напряжений и деформаций используют также способ заполнения разделки каскадным методом или «горкой» (рис. 1.4). При этом швы разбивают на короткие участки, а каждый последующий шов при сварке накладывают на еще не остывший металл предыдущего слоя. Сварка горкой — разновидность каскадного способа. При большой длине ее ведут одновременно от середины к краям два сварщика.

Режимы РДС

При РДС характеристиками режима сварки являются: dэ, Iсв, Uд, vсв, род тока, полярность и др Величину Iсв выбирают в зависимости от типа сварочных соединений, марки и толщины металла, положения шва в пространстве и т д. (согласно рекомендациям технической документации на каждую конкретную марку электрода).

Ориентировочные режимы сварки можно определить по зависимостям, приведенным в табл. 1.10.

Род и полярность Iсв зависят в основном от толщины металла и марки электрода. При небольшой толщине металла среднеуглеродистые и высоколегированные стали сваривают преимущественно на постоянном токе обратной полярности, что уменьшает вероятность образования прожогов и перегрев металла. Малоуглеродистые и низколегированные стали средней и большой толщины чаще сваривают на переменном токе для снижения расхода электроэнергии и стоимости сварочного оборудования.

Напряжение дуги при РДС изменяется в сравнительно узких пределах и выбирается на основании рекомендаций технической документации для данной марки электрода. Скорость сварки обычно выбирают с учетом необходимости получения слоя наплавленного металла, имеющего определенную площадь поперечного сечения.

При сварке многослойных стыковых швов с разделкой кромок число проходов зависит от общей площади поперечного сечения наплавленного металла и шва, наплавляемого за один проход.

Технология сварки углеродистых и низколегированных сталей

При сварке малоуглеродистых сталей в большинстве случаев не требуется применение специальных технологических мер, направленных на предотвращение образования в металле околошовной зоны закалочных структур. В зависимости от прочностных показателей свариваемой стали широко используют электрод с рутиловым и ильменитовым покрытием типов Э42 и Э46 (например, АНО-6, АНО-4 и др.). Для особо ответственных стальных конструкций применяют электроды с основным покрытием типов Э42А и Э46А (например, УОНИ-13/45, СМ-11, Э-138/45Н и др., табл. 1.11). При сварке угловых швов на толстом металле и первого слоя многослойного шва рекомендуется выполнять предварительный подогрев свариваемых деталей до 120—150°С —для повышения стойкости металла шва против кристаллизационных трещин.

Среднеуглеродистые стали (Ст.5, Ст30 и др.) и некоторые низколегированные стали с содержанием углерода и легирующих примесей, близким к верхнему пределу, сваривают с предварительным подогревом до 150— 300°С, что замедляет остывание изделий и во многих случаях позволяет избежать образования малопластичных и хрупких закалочных структур. Для этой же цели снижают скорость сварки, а также выполняют ее двумя и более раздвинутыми сварочными дугами. Для сварки применяют электроды типов Э42А, Э46А и Э50А с основным покрытием (УОНИ-13/45, УОНИ-13/55, Э-138/45Н, АНО-Т и др.). При мм обеспечивается σв металла шва не ниже σв основного металла. Технология сварки высокоуглеродистых сталей обязательно предусматривает предварительный подогрев до 350—400 °С, иногда сопутствующий подогрев и последующую термическую обработку.

Кромки стыков тщательно обрабатывают, выдерживая равномерный зазор. Сборку изделий выполняют с помощью приспособлений, допускающих свободную усадку в процессе сварки.

Прихватку и сварку выполняют постоянным током обратной полярности, уменьшенным на 10—20% по сравнению с Iсв для малоуглеродистых сталей. Кратеры тщательно заплавляют, обеспечивая плавный переход шва к основному металлу.

При сварке металла толщиной >6 мм накладывают многослойные швы; процесс ведут с интервалом между наложением слоев. Обязательно накладывают отжигающий валик. Конструкции из закаливающихся сталей после сварки подвергают термической обработке.

Технология сварки теплоустойчивых молибденовых и хромомолибденовых сталей

Сборку конструкций выполняют без подкладных колец, с помощью приспособлений, исключающих прихватку или сводящих число прихваток к минимуму. Желательна разделка кромок с криволинейным скосом.

Перед сваркой при толщине металла δме≥10 мм необходим предварительный, а в процессе сварки — сопутствующий подогрев. Последний исключают в тех случаях, когда сварку ведут два сварщика. Сварку выполняют постоянным током обратной полярности.

При δме≥5 мм применяют многослойную сварку. При сварке вертикальных стыков с δме>30 мм, а также горизонтальных стыков усиление шва выполняют несколькими валиками. Последним накладывают отжигающий валик. После сварки проводят термическую обработку (высокий отпуск).

Некоторые марки электродов для сварки легированных теплоустойчивых сталей приведены в табл. 1.12.

* Сварка на постоянном токе обратной полярности.

Технология сварки высоколегированных сталей

Сварку выполняют специальными электродами (табл. 1.13) на постоянном токе обратной полярности; Iсв на 10—20 % меньше, чем для малоуглеродистой стали. Сварку выполняют короткой дугой без поперечных колебаний конца электрода. Применяют укороченные электроды малого диаметра. Корень шва сваривают электродом с dэ=2÷З мм.

Сварку ведут на повышенных скоростях, многослойными швами с большим интервалом времени между наложением отдельных слоев.

Аустенитные стали при сварке усиленно охлаждают; швы аустенитных сталей, обращенные к агрессивной среде, сваривают в последнюю очередь. Дугу зажигают на шве, кратеры тщательно заплавляют.

Хромистые стали сваривают с подогревом до 200—400°С, после сварки охлаждают до 150—200°С и проводят высокий отпуск (нагрев в печи до 720—750°С с выдержкой в течение 5 мин на δме=1 мм, но не менее 1 ч, с последующим охлаждением на воздухе; при содержании 17—20% Сr выдержку увеличивают до 10 мин на каждый миллиметр слоя δме).

Окалиностойкие стали после сварки отпускают при 650°С. Ферритные стали (Х25, Х30) нагревают до 800—850°С и охлаждают в воде. Термическую обработку аустенитных сталей выполняют только для выравнивания структуры шва и основного металла и для предупреждения межкристаллитной коррозии (стабилизирующий отжиг — нагрев в течение 2—3 ч при 850—900°С или закалка в воду после нагрева до 1050—1100°С). Высокомарганцовистую аустенитную сталь (Г13Л) сваривают в закаленном состоянии (последнее определяют с помощью магнита — закаленная сталь немагнитна). Аустенитные стали подвержены сильному короблению, поэтому их сваривают с применением различных зажимов или обратно-ступенчатым способом и т. п.

Какие электроды лучше для инвертора

Выбирая стержни для инверторного сварочного аппарата стоит ориентировать в первую очередь на материал, который придется сваривать. Сердечник электрода должен быть сходен по типу с этим видом металлов. Нержавеющие стали требуют стержней из такого же вида, причем если сталь отличается свойствами жаростойкости – нужен такой же стальной пруток с жаропрочными характеристиками. Высоколегированные стали для образования ровного, прочного шва нужно сваривать прутками с тем же составом легирующих элементов.

Подходящие марки стержней для дома и стройки:

МР-3

Универсальные широко известные электроды. Могут успешно применяться на слобокорродированном металле. Электроды Э46, покрытие Р и БР. Успешно применяется для сваривания конструкций из сталей углеродистого класса и низколегированных. Есть возможность сваривать изделия с большими показателями толщин. Выпускаются электроды диаметром от 3 до 5 мм.

Особенности:

• высокие значения стойкости электродуги;
• небольшое разбрызгивание;
• легкий съем слоя шлака;
• легкое зажигание как первичное, так и повторное.

Существует требование зачистки сварочной поверхности и удаления окалины.

УОНИ 13/55

Дают возможность создавать высококачественные швы. С ними умеют работать опытные сварщики, мастера, имеющие высшую квалификацию. Тип электрода Э50А, покрытие предпочтительно основное. Напыление приемлемо фтористое или карбонатное, в этом случае снижается газосодержание шва и количество неметаллических вкраплений, ухудшающих качество.

Технические характеристики:

• диаметр от 2 до 4 мм;
• коэффициент по наплавке 9.5 г на А*ч;
• на 1 кг наплавленного металлического материала уходит около 1,5 кг прутков;
• предел текучести 420 мПа;
• предел прочности 530 мПа;
• относительный показатель удлинения 22%;
• ударная вязкость зависит от температурного режима, от 50 до 130 дж/см2.

АНО4

Стержни легко воспламеняются, их не нужно прокаливать. Электроды Э46, покрытие рутилом. Основной вид использования –сваривание стальной продукции углеродистых и низколегированных сортов. Работают со всеми видами тока в любых пространственных направлениях, за исключением направления сверху вниз.

Выпускаются с диаметром от 2 до 6 мм.

Технические параметры

• рутиловое покрытие
• наплавочный коэффициент 8,6 г на А*ч;
• производительная часть по наплавке 1,4 кг/ч при диаметре 4 мм.
• сопротивление 480 мПА;
• предел текучести 380 мПа;
• относительное удлинение 25%.

UTP 65D

Стержни хороши в работе с различными сталями и сплавами, швы будут качественные. Применимы для постоянного и переменного тока разной полярности. Рутиловое покрытие. Производятся в Австрии. Часто используется на автопредприятиях и мастерских по ремонту автомобилей для проведения кузовных работ.

Плюсы:

• стабильность дуги;
• малое разбрызгивание и, следовательно, минимизация потерь материала;
• возможность работы с различными толщинами металлоизделий, с деталями и листами тонко- и толстостенными.
• гладкие швы, не имеющие внутренних лакун. Можно обрабатывать сразу, как металл застыл.
• возможность проведения холодной закалки металлического материала по шву.
• легкое снятие слоев шлака.
• хорошая переносимость влажной среды, а также перегрева.

Особенности эксплуатации: перед самым процессом сварки прутки необходимо подвергнуть просушке в течение двух часов при температурном режиме в 160-170 гр. С. Зону свариваемых поверхностей зачищают. Работа с большими толщинами материала требует предварительной подготовки кромки с углом скоса примерно 60 градусов.

Критерии выбора электродов

В первую очередь следует иметь в виду, что электроды могут быть плавящегося и неплавящегося типа. Первые изготовлены из металлического стержня, на поверхность которого наносится специальная обмазка, способствующая защите зоны сварки и повышающая устойчивость горения дуги. Именно они используются для выполнения ручной дуговой сварки. Изделия второй категории — неплавящиеся — применяют для выполнения сварочных работ в среде защитного газа (аргона), их разновидности и особенности использования будут рассмотрены в отдельной статье.

» data-lazy-type=»iframe» src=»data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7″>

Выбирая электроды для сварки с использованием инвертора, следует учитывать то, что материал изготовления соединяемых деталей также будет оказывать влияние на качественные характеристики формируемого шва. Соответственно, для того чтобы варить разные материалы, используются сварочные электроды разных типов. Так, к примеру:

• для соединения изделий, выполненных из низкоуглеродистых и низколегированных марок сталей, выбирают углеродные электроды;
• для соединения изделий, выполненных из легированных сталей, используют электроды соответствующих марок: ОЗС-4, МР-3 (ГОСТ 9466-75), МР-3, АНО-21, УОНИ 13/45 (ГОСТ 9467-75);
• если необходимо выполнять сварочные работы с наплавками или сталями других типов, то выбирают электроды с сердечником из высоколегированного металла — ЦЛ-11 (ГОСТ 9466-75);
• для того чтобы варить чугун, тоже необходимо выбрать электроды соответствующей марки — ОЗЧ-2 (ГОСТ 9466-75).

Общий вид электродов МР-3

На сегодняшний день сформировался следующий рейтинг электродов, применяемых для сварки с использованием инвертора.

• АНО. Сварочные электроды данной марки хорошо воспламеняются, их не надо дополнительно прокаливать. С ними одинаково успешно могут работать как начинающие сварщики, так и профессионалы.
• МР-3 — универсального типа, их можно использовать даже для соединения неочищенных поверхностей.
• МР-3С. Электроды данной марки следует выбрать, если к характеристикам шва предъявляются повышенные требования.
• УОНИ 13/55 используют для монтажа ответственных конструкций, требующих высокого качества исполнения сварного шва. Начинающему сварщику с ними работать будет сложно: их использование требует определенного опыта и высокой квалификации.

Электроды УОНИ 13/55

Требования к электродам

Выбирая стержни для работы, стоит их внимательно рассмотреть и оценить. Покрытие должно быть без сколов, повреждений, иначе не удастся добиться однородного разогрева и равномерного получения шва. На кончике электрода толщина смазки должна быть такой же, как на всем стержне – благодаря этому электрическая дуга пройдет по центру.

Проинспектировать стоит влажность покрытия, иногда повышенная влажность обмазки не позволяет легко зажечь стержень. Отсюда, требования к хранению электродов в сухом месте, желательно, герметично упакованными. Народные умельцы рекомендуют в упаковку класть пакетики с солью для устранения излишней влаги. Если случится, что электроды отсыревают, их можно подсушить в кухонной духовке при невысокой температуре. Этот параметр указывается на упаковке изделий. Можно также оставить в проветриваемой сухой комнате.

Во время сварочных работ для получения качественного прочного, устойчивого шва необходимо учитывать основные моменты:

• Правильная для конкретного изделия сила тока.
• Подходящий для изделия и вида работ диаметр сварочного электрода.
• Учет размерности и толщины свариваемых материалов.

Выбрав параметры, сварщик создает устойчивую, хорошо горящую дугу, которая обеспечит реализацию сварочных работ на высоком уровне. Используемая литература и источники:

• М. Д. Банов, Ю. В. Казаков, М. Г. Козулин и др.; под ред. Ю. В. Казакова. Сварка и резка материалов: Учебное пособие. — Издание 2-ое, стереотипное. — Издательский , 2002.
• Кожевников Д.В., Кирсанов С.В. Металлорежущие инструменты. Учебник (гриф УМО). Томск: Изд-во Томского ун-та. 2003.
• Статья на Википедии

Как устроен электрод

Электрод представляет собой металлический сердечник, покрытый специальным составом, который называется «обмазкой». В процессе работы сердечник плавится и вместе с металлом изделия формирует шов. Обмазка в это же время сгорает с образованием газа, который необходим для защиты сварочной зоны от вредного влияния воздуха (речь идет прежде всего об отрицательном воздействии на расплавленный металл кислорода и азота).

Ручная дуговая сварка