Содержание
Общие принципы выбора электродов для сварки сталей определяются обеспечением следующих основных условий:
- требуемая физическая сплошность металла швов (отсутствие пор и шлаковых включений или минимальные размеры и количество на единицу длины шва, допустимые для конкретных изделий и условий их эксплуатации);
- требуемая эксплуатационная прочность, т.е. определенный комплекс и уровень механических свойств металла шва в сочетании с основным металлом;
- получение сварных швов с достаточной технологической прочностью, т.е. отсутствие горячих и холодных трещин;
- требуемая технологичность электродов, т.е. их универсальность по роду применяемого тока, пригодность для сварки в различных пространственных положениях, производительность и др.;
- получение комплекса специальных свойств металла шва (коррозионная стойкость, жаропрочность, немагнитность и др.) Это условие необходимо обеспечивать при сварке легированных сталей специального назначения и при наплавке слоев с особыми свойствами;
- удовлетворительные санитарно-гигиенические характеристики электродов, т.е. минимальное выделение токсичных аэрозолей и газов в процессе сварки.
При выборе электродов для сварки нужно знать, что каждая марка электродов обладает различным сочетанием и уровнем свойств, обеспечивающих выполнение указанных требований. Это достигается соответствующим подбором стержня электрода и компонентов электродного покрытия, которые разделяются на следующие группы:
- руды и минералы;
- металлы и ферросплавы;
- химические соединения (неорганические).
Каждый компонент покрытия может выполнять одну или несколько функций, как при изготовлении электродов, так и в процессе сварки, а одни и те же компоненты в различных видах покрытий могут выполнять различные функции такие как:
- шлакообразование;
- газообразование;
- стабилизация;
- раскисления;
- легирование;
- цементирование;
- пластифицирование.
В процессе сварки плавлением часть сварочного металла переходит в жидкое состояние и смешивается с наплавленным металлом. Доля основного металла в шве зависит от ряда факторов:
- способа сварки,
- режима сварки,
- типа сварного соединения,
- толщины и массы свариваемых деталей.
Вследствие этих факторов химический состав металла шва и, следовательно, его механические свойства могут существенно отличаться от аналогичных свойств наплавленного металла.
При проектировании сварных конструкций нельзя производить выбор металла только по признаку соответствия его свойств эксплуатационным требованиям, после определения нужных рабочих качеств металла необходимо в первую очередь проверить сварочные свойства намеченной стали и установить необходимые для данной конструкции термические условия процесса сварки. Все конструкционные стали разделяются на соответствующие группы (см. таблицу 1).
На образование трещин влияет не только химический состав стали, но и конструктивные факторы, термические условия процесса сварки для одной и той же марки металла могут быть различными.
Необходимые термические условия процесса сварки в зависимости от группы сталей и типа конструкции приведены в таблице 2.
Примечание. Сварка должна производиться в помещении при температуре не ниже +15° С и при отсутствии сквозняков. Данное ограничение не распространяется на сварку углеродистых сталей, содержащих углерода менее 0,20% и высоколегированных (с особыми свойствами), отнесенных к группе I (см. таблицу 1).
При ручной дуговой сварке конструкционных сталей, когда к сварному соединению предъявляются требования обеспечения только механических свойств, необходимо применять электроды типа Э. Выбор определенного вида электрода этого типа следует производить с учетом химического состава и механических свойств стали и толщины свариваемых деталей.
Рекомендуемые типы электродов для различных групп сталей в зависимости от указанных факторов и при условии сварки соединений встык приведены в таблице 3.
* Рекомендуется назначать при сварке сосудов, работающих при высоких давлениях с малым запасом прочности (≤2).
Электроды типа Э42 могут назначаться только для сварки углеродистых сталей, содержащих углерода не более 0,35%. При этом следует иметь виду, что при сварке «кипящих» сталей возможно в некоторых случаях образование трещин в швах.
При сварке легированных и среднеуглеродистых сталей необходимо назначать электроды типа Э42А, Э50А, Э55А, Э60А, Э85 и Э100 (см. табл. 3) с покрытием УОНИИ-13 или аналогичным. Электроды с покрытием УОНИИ-13 обеспечивают высокое качество сварных соединений и обладают более высокой технологичностью, чем электроды, в покрытие которых и значительных количествах находятся окислы железа, марганца и других металлов. При таком количестве выделяемых токсичных аэрозолей требуется общеобменная и местная вытяжная вентиляция.
При сварке электродами типа Э100 применение после сварки упрочняющей термообработки обязательно.
В тех случаях, когда при сварке сталей, отнесенных к группам III и IV (см. таб.1) и свариваемых после термической обработки их на пределе прочности более 85 кг/м 2 , обеспечение необходимых термических условий процесса сварки (применение подогрева, термообработки после сварки и т.п.) технически невозможно или экономически нецелесообразно, рационально назначать аустенитные электроды типа ЭА395/9.
При сварке сталей с особыми свойствами, когда и металл шва должен иметь аналогичные свойства (крипоустойчивость, кислотостойкость и т.п.), следует применять электроды, обеспечивающие химический состав наплавленного металла, близкий к свариваемости стали. Нормы химического состава металла шва и особых свойств сварного соединения, определяемые в зависимости от условий эксплуатации, оговариваются в технических условиях на изделия (узел). В связи с тем, что швы, выполняемые аустенитными электродами, часто обладают повышенной склонностью к горячим трещинам, целесообразно дополнительно легировать металл шва ферритообразующими элементами – хромом, молибденом, кремнием, ванадием. Легирование может осуществляться через покрытие или за счет применения проволоки с повышенным содержанием указанных элементов. Однако легирование ферритообразующими элементами должно быть таким, чтобы содержание альфафазы в металле шва не превышало 4-5%.
Возможность дополнительного легирования должна устанавливаться с учетом влияния отдельных элементов на свойства металла шва, определяемые в зависимости от условий эксплуатации. Механические свойства сварного соединения должны удовлетворять требованиям ГОСТ 9467-75 для электродов аналогичного типа, т.е. наплавленный металл должен быть перлитного, аустенитного или ферритного класса.
При сварке разнородных сталей, например, низколегированной с кислотостойкости, выбор типа электрода зависит от условий работы сварного соединения.
Если сварное соединение не подвергается воздействию агрессивной среды, например, в случае приварки деталей из обычной стали к трубопроводам с наружной стороны и т.п., то оно может производиться электродами типа Э42А (УОНИИ -13/45) и Э50А (УОНИИ-13/55).
При воздействии агрессивной среды более высокая стойкость сварного соединения будет иметь место при сварке электродами типа ЭА, наплавленный металл которых по своему химическому составу должен приближаться к составу свариваемой стали, обладающей особыми свойствами.
Выбор электродов зависит и от технических характеристик используемого оборудования. Так, например, высокотехнологичные аппараты контактной точечной сварки финского производства KEMEC KRW В81-121 обладают такой конструкцией системы сведения электродов, которая может удовлетворить любые сварочные задачи.
Сварка металлов при помощи вольтовой дуги появилась в XIX веке и стала технологией, позволившей изготавливать объекты огромных размеров — от океанских кораблей до небоскребов. Сварные соединения и сегодня остаются наиболее распространенным видом создания неразъемных соединений.
Однако сварочные работы требуют специальных инструментов — прежде всего электродов, которые должны обеспечить надежное скрепление металлов «намертво». Поскольку в промышленности используется большое количество сортов стали и сплавов цветных металлов, для проведения сварочных работ требуется большое количество разных сортов электродов, приспособленных для разных материалов и видов сварки.
Сварочные работы делятся на несколько основных видов:
– электроды для сварки конструкционных сталей;
– электроды для сварки легированной стали;
– электроды для сварки высоколегированных видов стали с особенными свойствами;
– электроды для сварки чугуна;
– электроды для наплавки металла;
– электроды для сварки цветных металлов;
В общем, вариантов сварки много, и подборка необходимых для сварочных работ электродов – это ответственное дело, к которому нужно относиться внимательно. Итак.
Что требуется от электрода?
При сварке от всякого электрода прежде всего требуется:
-устойчивое горение вольтовой дуги,
-равномерное плавление металла и стабильный перенос его в сварочную ванну;
-защита свариваемых металлов от воздействия воздуха;
-получение прочного шва с нужным химическим составом и механическими свойствами;
-минимальные потери металла при сварке на угар и брызги; -чтобы шлак легко удалялся с поверхности шва;
-минимальную токсичность газов, выделяющихся при сварке.
Данные требования обеспечиваются благодаря подбору компонентов покрытия электрода.
Конструкция электродов
Самыми распространенными являются плавящиеся электроды для дуговой сварки. Такой электрод — это стержень из сварочной проволоки с нанесенным на его поверхность специальным покрытием. Его работа проста — проволока под воздействием высокой температуры плавится в вольтовой дуге и образует «тело» сварочного шва. а зачем нужно покрытие электрода?
Прежде всего для того, чтобы обеспечить газовую защиту зоны сварки от окружающего воздуха. При нагревании покрытие электрода разлагается с выделением газов, которые вытесняют воздух.
Кроме того, при сварке покрытие электрода выделяет химические вещества, которые вступают в химические реакции с расплавленным металлом шва, придавая ему особые качества или образуют на поверхности шва шлаковую корку.
Из чего состоит покрытие электрода?
Поэтому, по назначению в покрытии электрода можно выделить:
Газообразующие компоненты, которые при нагревании они разлагаются на газы вытесняющие воздух. К ним относятся некоторые минералы (мрамор, магнезит) или органические вещества (мука, крахмал, декстрин).
-Шлакообразующие компоненты, которые обеспечивают защиту кристаллизующегося металла от воздейцствия кислорода из воздуха. При высокой температуре они формируют шлак, всплывающий на поверхности шва. К ним относятся окислы кремния, титана, алюминия, кальция, марганца и др. Они содержатся в мраморе, граните, гематите, кварцевом песке, рудах, ильменитовом и рутиловом концентрате.
-Раскисляющие компоненты, которые могут восстановить до полноценного металла часть окислов. К раскислителям относят железосодержащие соединения – ферромарганцы, ферротитаны и ферросилиции.
-Стабилизирующие компоненты, которые облегчают горение вольтовой дуги. Они содержатся в мраморе, меле, полевом шпате, кальцинированной соде, поташе.
-Легирующие компоненты, которые придают шву дополнительную прочность и устойчивость к коррозии. В покрытии электрода присутствуют в виде сплавов – феррохрома, ферротитана, феррованадия.
Все эти элементы измельчаются в порошок и связываются в однородную массу при помощи натриевого или калиевого жидкого стекла.
Некоторые материалы покрытия выполняют несколько функций. Например, мрамор является газообразующим, шлакообразующим и стабилизирующим минералом.
Поэтому виды электродов для сварки различают по толщине покрытия:
Отношение диаметра с покрытием (D)
к диаметру электрода
без покрытия (d)
Буквенное обозначение по ГОСТ 9466-75
Международное обозначение
Тонкое покрытие
Среднее покрытие
Толстое покрытие
Особо толстое покрытие
Маркировка покрытия сварочных электродов
В одних покрытиях электродов могут преобладать газообразующие элементы, в других – шлакообразующие. При этом для газообразования могут использоваться минералы или углеводородные органические соединения. Различные добавки могут выполнять очистку шовного металла шва от посторонних ключений – фосфора и серы.
В зависимости от этого покрытия электродов делятся на
Создаются на основе фтористых соединений (плавиковый шпат), и карбонатов кальция и магния (мрамор, магнезит и доломит). Газовая защита осуществляется за счет углекислого газа, который выделяется при их разложении. С помощью кальция металл шва очищается от серы и фосфора.
Электроды с подобным видом покрытия используются для сварки легированных сталей и работы на ответственных конструкциях, подверженных большим нагрузкам и отрицательным температурам до -70°C.
Создаются на основе естественных руд. В качестве шлакообразующих компонентов используются оксиды, газообразующих – органические составляющие. При плавлении покрытия в расплавленном металле и в зоне горения дуги выделяется большое количество кислорода. Поэтому в покрытие добавляют много раскислителей – марганца и кремния.
Подобное покрытие обладает определенными токсичными характеристиками.
Область применения электродов с кислым покрытием – сварка неответственных конструкций из низкоуглеродистых сталей.
В состав таких покрытий входят ферросплавы, органическая смола, целлюлоза, и др. вещества, обеспечивающих газовую защиту. На сварном шве образуют тонкий слой шлака.
Металл шва по химическому составу соответствует полуспокойной или спокойной стали.
Электроды для сварки этого вида отличаются удобством в использовании, однако шов характеризуется невысокой пластичностью.
Они создается на базе рутилового концентрата, а также алюмосиликатов (полевой шпат, слюда, каолин) и карбонатов (мрамор, магнезит). Газовую защиту обеспечивают карбонаты, а шлаковую — алюмосиликаты. В качестве легирующего компонента и раскислителя используется ферромарганец, в некоторые покрытия вводится железный порошок (обозначаются по ГОСТ 9466-75 буквами «РЖ»). С помощью кальция, присутствующего в карбонате, из шовного металла удаляются сера и фосфор.
Используются при сварке и смешанные покрытия: кислорутиловое (обозначается буквами «АР»), рутилово-основное («РБ»), рутилово-целлюлозное («РЦ»), рутиловое с желдезным порошком («РЖ») и прочие («П»).
Маркировка стержней электродов
Тем не менее покрытие электрода — это именно покрытие. Оно может защитить или укрепить поверхность сварного шва, но главные его свойства будут определяться все-таки тем самым металлом, из которого этот шов сделан – то есть из стержня электрода.
Для конструкционных сталей главные свойства швов – это прежде всего их механические механические свойства (то есть сопротивление разрыву, ударная вязкость, относительное удлинение и т.д.).
Эти качества регламентируются в маркировках, определенных в ГОСТ 9467-75 и ГОСТ 10052-75. В них обозначение типа электрода содержит букву «Э», после которой ставится показатель временного сопротивления шва на разрыв.
Например, маркировка «Э46А» означает, что металл, наплавленный этими электродами, имеет прочность 46 кг/кв.мм (460 МПа) и улучшенные (об этом говорит литера «А») пластические свойства. Для сварки легированных конструкционных сталей повышенной и высокой прочности тип электрода может быть Э70, Э85, Э100, Э125, Э150.
В то же время, для легированных сталей важен и химический состав металла. Содержание этих элементов в стержне электрода будет по ГОСТу обозначаться так:
«Э 09 Х2 М» – значит в шовном металле будет 0,09% углерода, 2% хрома, 1% молибдена
«Э 10 Х25 Н13 Г2 Б» – это значит, что в металле шва будет содержится примерно 0,1% углерода, 25% хрома, 13% никеля, 2% марганца, 1% ниобия.
Также стержни электродов маркируются в зависимости от того, для сварки какого материала они должны использоваться, обозначаются буквами:
У – сварка углеродистой и низколегированной стали
Т – сварка легированных теплоустойчивых сталей
Л– сварка легированных конструкционных сталей
В– сварка высоколегированной стали
Н – наплавка поверхностных слоев
Типы и марки электродов — как в них разобраться?
Общих правил для маркировки электродов в целом не существует. Поэтому марка электрода (например — АНО-3 , ОЗС-6 , УОНИ 13/45 и т.д.) сопровождается целым рядом числовых и буквенных индексов, которые должны определить их качества и назначение.
Эти индексы будут определять не только марку и тип электрода, но и целый ряд других показателей, включая толщину центрального стержня, сварочный ток и ориентацию электрода при сварке.
Последняя может определяться цифрами от 1 до 4, которые означают:
1– допустимы все возможные положения;
2– допустимы все положения, кроме вертикального сверху вниз;
3– допустимо нижнее, горизонтальное и вертикальное сверху вниз;
4– только нижнее положение;
В итоге, полная маркировка электрода марки УОНИ 13/45 будет выглядеть так:
Также это очень важно помнить еще и потому что если Вы сварите изделие не подходящим видом электродов, то Вам никто не даст гарантию, что оно доживет до завтра. Правильно относиться к выбору электродов Вам помогут и прайс-листы наших заводов-изготовителей.
Видео по теме:
Часто перед сварщиком возникает вопрос: “Как правильно выбрать тип и марку электрода?” Попробуем исчерпывающее ответить на этот вопрос.
1. Нужно определить, к какой группе сталей относится основной металл.
2. Если сталь относится к любой группе, кроме закаляющихся и жаропрочных сталей, тип электрода выбирается из условия равнопрочности основного металла и металла шва. Для этого нужно, чтобы предел прочности основного металла был наиболее близким к пределу прочности наплавленного метала шва. Например, подберем электроды для сварки стали 20. Прокат из этой стали имеет предел прочности порядка 410-430 МПа, в зависимости от состояния поставки. Соответственно, выбираем электрод типа Э42(т.е электроды данного типа обеспечивают получение металла шва с прочностью не мене 420 МПа). Выбрав тип электрода, следует выбрать марку электрода с соответствующим видом покрытия. Покрытие электрода подбирается исходя из химической активности основного металла и требуемой степени защиты сварочной ванны от кислорода и азота воздуха. Наилучшую защиту сварочной ванны создают электроды с основным покрытием, наиболее худшую – электроды с кислым покрытием. После того, как мы определились с видом покрытия электродов, подбираем соответствующую ему марку электродом. Следует помнить о том, что каждому типу электродов соответствует несколько их марок. Для стали 20, которую мы взяли для примера, выберем электрод марки АНО-6 с рутиловым покрытием, поскольку мы планируем использовать выбранные электроды для сварки неответственной конструкции.
3.Если сталь относится к группе закаляющихся или жаропрочных, то тип электрода подбирается не по прочности, а по химическому составу основного металла. В основном это электроды с основным покрытием, реже рутиловым. Основное требование – это максимальное приближение химического состава сварного шва к химическому составу основного металла. Особенно часто накладывается ограничение на максимальное содержание углерода в электродном материале – не более 0,15%.
