Про металлообработку

Покрытие электрода

Покрытый электрод — плавящийся электрод для дуговой сварки, имеющий на поверхности покрытие, адгезионно связанное с металлом электрода.

Покрытие электрода — смесь веществ, нанесенная на электрод для уси­ления ионизации, защиты от вредного воздействия среды и металлургической обработки металла сварочной ванны.

В покрытие электрода вводят следующие материалы (компоненты): ионизирующие, газообразующие, шлакообразующие, легирующие, раскисляющие, связующие и формовочные.

Ионизирующие, или стабилизирующие, компоненты вводят для обеспече­ния устойчивого горения дуги. Они содержат элементы с низким потенциалом ионизации, такие как калий, кальций, которые содержатся в меле, полевом шпате и граните, а также натрий и др.

Газообразующие компоненты вводят для создания газовой защиты зоны дуги и сварочной ванны. К ним относятся органические вещества: крахмал, пищевая мука, декстрин и др., а также неорганические вещества: обычно карбонаты (мрамор СаСО₃, магнезит MgCO₃) и др. Газовая защита образуется в результате диссоциации органических веществ при температуре выше 200°С и диссоциации карбонатов при температуре около 900°С. Процесс диссоциации происходит недалеко от торца электрода. При обычном составе электродных покрытий на каждый грамм металла электродного стержня выделяется 90­-120 см³ защитного газа, состоящего из углекислого газа СО2, угарного газа СО, водорода Н2 и кислорода О2. При этом обеспечивается достаточно надежное от­теснение воздуха из зоны сварки и попадание очень небольшого количества азота в металл шва (не свыше 0,02-0,03%).

Шлакообразующие компоненты вводят для образования жидких шлаков. В качестве шлакообразующих используют руды и минералы: ильменит, ру­тил, полевой шпат, кремнезем, гранит, мрамор, плавиковый шпат и др. В со­став шлакообразующих входят окислы СаО, MgO, МпО, FeO, А1₂О₃, SiO₂, TiO₂, Na₂O, плавиковый шпат СаF₂ и др. Имеющиеся в покрытии ферросплавы свя­зывают кислород, который отдают при нагревании шлакообразующие окислы, входящие в покрытие. Жидкий шлак, покрывая расплавленный металл электродных капель и сварочной ванны, химически взаимодействуя с расплав­ленным металлом, раскисляет металл шва и связывает окислы в легкоплавкие соединения. В то же время происходит легирование металла шва элементами, содержащимися в шлаке. Жидкий шлак пропускает (впитывает в себя) газы, выделяющиеся в процессе химических реакций в жидком металле, и формиру­ет поверхность сварного шва.

Легирующие компоненты предназначены для придания металлу шва повы­шенных механических свойств, жаростойкости, износостойкости, коррозионной стойкости и других свойств. Легирующими элементами служат хром, марганец, титан, ванадий, молибден, никель, вольфрам и другие элементы. Легирующие элементы вводят в покрытие в виде ферросплавов и чистых металлов.

Раскисляющие компоненты вводят для раскисления (восстановления) ча­сти расплавленного металла, находящегося в виде окислов. К ним относят­ся элементы, имеющие большее, чем железо (при сварке сталей), сродство к кислороду и другим элементам, окислы которых требуется удалить из ме­талла шва. Большинство раскислителей вводится в электродное покрытие в виде ферросплавов.

Связующие компоненты применяют для связывания порошковых состав­ляющих покрытия в однородную вязкую массу, которая будет крепко удержи­ваться на стержне электрода при опрессовке и образовывать прочное покрытие после сушки и прокалки. В качестве связующих чаще всего применяют водные растворы натриевого (Na2O SiO2) или калиевого (K2O SiO2) жидкого стекла.

Формовочные компоненты — вещества, придающие обмазочной массе луч­шие пластические свойства: бентонит, каолин, декстрин, слюда и др.

Некоторые материалы в покрытии выполняют несколько функций, напри­мер: мрамор является одновременно стабилизирующим, шлакообразующим и газозащитным компонентом, а ферросплавы — легирующими и раскисляю­щими компонентами.

Покрытие электродов оказывает существенное влияние на весь про­цесс сварки. Поэтому к покрытию предъявляются следующие требования: обеспечение стабильного горения дуги; получение металла шва с необходи­мым химическим составом и свойствами; спокойное, равномерное плавление электродного стержня и покрытия; хорошее формирование шва и отсутствие в нем пор, шлаковых включений и др.; легкая отделимость шлака с поверх­ности шва после остывания; хорошие технологические свойства обмазочной массы, не затрудняющие процесса изготовления электродов; удовлетвори­тельные санитарно-гигиенические условия труда при изготовлении электро­дов и сварке. Состав покрытия определяет и такие важные технологические характеристики электродов как: род и полярность сварочного тока, возмож­ность сварки в различных пространственных положениях или определенным способом (сварка опиранием, наклонным электродом и т. д.). Состав покры­тия электродов и свойства образующихся шлаков определяют и величину ре­комендуемого для сварки тока. Для получения качественных сварных швов покрытие электрода должно удерживаться на металлическом стержне и быть сплошным до конца использования электрода (огарка), чтобы обеспечить необходимую защиту зоны сварки. Поэтому нагрев металлического стержня, определяемый величиной сварочного тока, к концу расплавления электрода не должен быть более 500°С, а с покрытиями, содержащими органические ве­щества, не более 250°С.

К физическим свойствам шлака, образуемого покрытием, относят темпе­ратуру плавления, температурный интервал затвердевания, теплоемкость, теплопроводность, теплосодержание, вязкость, газопроницаемость, плотность, поверхностное натяжение, тепловое расширение (линейное и объемное). Все электродные покрытия должны обеспечивать при их плавлении плотность шлака ниже плотности жидкого металла для обеспечения всплывания шлака из сварочной ванны. Температурный интервал затвердевания шлака должен быть ниже температуры кристаллизации металла сварочной ванны для пропу­скания газов, выделяющихся из сварочной ванны. Наилучшие качества при сварке имеют шлаки, если температура плавления их составляет 1100-1200°С. В зависимости от изменения вязкости шлака от температуры различают шла­ки «длинные» и «короткие». «Длинные» шлаки, у которых переход от жидко­го к твердому состоянию растянут на значительный температурный интервал, при прочих равных условиях хуже обеспечивают формирование шва. У «ко­ротких» шлаков возрастание вязкости расплавленного шлака с понижением температуры происходит быстро и закристаллизовавшийся шлак препятству­ет стеканию металла шва, находящегося еще в жидком состоянии при сварке в различных пространственных положениях. «Короткие» шлаки дают элек­троды с основным покрытием. Вязкость шлака имеет важное значение. Чем менее вязок шлак, тем больше его подвижность, а следовательно, физическая и химическая активность, тем быстрее в нем протекают химические реакции и физические процессы растворения окислов, сульфидов и т. п. Кислые шлаки обычно бывают очень вязкими и длинными, при этом вязкость возрастает с по­вышением кислотности.

Затвердевшие шлаки должны иметь небольшое сцепление с металлом, коэффициенты линейного расширения шлака и металла должны быть различными для более легкого отделения шлака со шва.

К химическим свойствам относится способность шлака раскислять металл шва, связывать окислы в легкоплавкие соединения и легировать металл шва.

К сварочно-технологическим свойствам электродов относят легкое возбуж­дение дуги, стабильное горение дуги на оптимальных режимах для данного диаметра и марки, возможность сварки на постоянном и переменном токах, пригодность для сварки в различных пространственных положениях. Кроме этого, покрытие должно плавиться равномерно, без чрезмерного разбрызгива­ния, отваливания кусков и образования козырька, препятствующего нормаль­ному плавлению электрода. Образующийся при сварке шлак должен обеспе­чить благоприятную гладкую форму шва и легко удаляться после охлаждения.

Виды электродных покрытий.

ГОСТ9466-75 «Электроды покрытые металлические для руч­ной дуговой сварки сталей и наплавки. Классификация, размеры и общие тех­нические требования» подразделяет электроды на следующие виды: А — с кис­лым покрытием; Б — с основным покрытием; Ц — с целлюлозным покрытием; Р — с рутиловым покрытием; П — с покрытием прочих видов. С покрытием смешанного вида используют соответствующее двойное обозначение. Если по­крытие содержит железный порошок в количестве более 20%, к обозначению вида покрытия добавляют букву Ж.

У электродов с кислым покрытием (А) шлакообразующую основу состав­ляют железные (гематит — Fe₂O₃) и марганцевые (MnO₂) руды и кремнезем (SiO2). Газовая защита расплавленного металла осуществляется органически­ми компонентами, сгорающими в процессе плавления электрода. В качестве раскислителей в покрытие вводят ферромарганец. Образующиеся кислые шлаки не содержат СаО и не очищают металл от серы и фосфора. В наплавлен­ном металле много растворенного кислорода (до 0,12%), водорода (до 15 см³ в 100 г металла) и неметаллических включений. В результате швы облада­ют пониженной стойкостью к образованию горячих трещин и пониженной ударной вязкостью. Электроды непригодны для сварки сталей, легирован­ных кремнием и другими элементами, так как они интенсивно окисляются. При сварке спокойных низкоуглеродистых сталей с высоким содержанием кремния возможно образование пор. При сварке выделяется много токсич­ной пыли, содержащей окислы марганца и кремния и происходит повышен­ное разбрызгивание. Достоинствами этих электродов являются: стабильное горение дуги на постоянном и переменном токах; возможность сварки в раз­личных пространственных положениях; отсутствие пор при наличии на сва­риваемых поверхностях окалины или ржавчины, а также при случайном удлинении дуги; достаточно высокая скорость расплавления и высокая про­плавляющая способность. Типичными для этого вида покрытия являются электроды марок МЭЗ-04 и СМ-5. В настоящее время электроды с кислым по­крытием выпускают в малом объеме. Эти электроды применяют для сварки неответственных металлоконструкций.

У электродов с рутиловым видом покрытия (Р) шлакообразующую основу составляют: рутиловый концентрат, содержащий до 45% рутила (TiO2); алюмосиликаты — слюда (К2О 3Al2O3 6SiO2 2H2O), полевой шпат (К2О Al2O3 6SiO2), каолин (Al2O3 2SiO2 2H2O) и др.; карбонаты — мрамор (СаСО3) и магне­зит (MgCO3). Газовая защита расплавленного металла обеспечивается введе­нием органических соединений (до 5%), а также разложением карбонатов. Наплавленный металл раскисляется и легируется ферромарганцем (до 10-­15%). Поскольку окислительная способность рутилового покрытия меньше, чем кислого, количество марганца в нем ниже и его гигиенические характе­ристики гораздо лучше, чем у кислого. Содержание окислов марганца в аэро­золе при сварке меньше, чем у кислого в 3-5 раз. По качеству наплавленного металла электроды занимают промежуточное положение между электродами с кислым и основным покрытиями. Электроды обладают высокими сварочно­технологическими свойствами: обеспечивают отличное формирование шва с плавным переходом к основному металлу, малое разбрызгивание, легкую от­делимость шлака, стабильное горение дуги на постоянном и переменном токах, сварку во всех пространственных положениях. Металл шва мало склонен к об­разованию пор при колебаниях длины дуги, при сварке по окисленной и за­грязненной поверхности. Наплавленный металл соответствует по химическо­му составу полуспокойной или спокойной стали. К электродам с покрытием этого вида относятся электроды марок АНО-4, ОЗС-12 и др. Для повышения коэффициента наплавки в покрытия этого вида часто вводят порошок железа. При содержании железа в покрытии до 35% от массы покрытия (в электродах марок АНО-5, ОЗС-6 и др.) электродами можно варить в различных простран­ственных положениях. Электроды, содержащие в покрытии железного порош­ка 50-65% (например, электроды марок АНО-1, ОЗС-3 и др.) предназначены для высокопроизводительной сварки швов большой протяженности изделий толщиной 10-20 мм. Разбавляя металл сварочной ванны низкоуглеродистым железным порошком, можно существенно увеличить стойкость металла шва к образованию кристаллизационных трещин. Электроды с рутиловым видом покрытия применяют для сварки металлоконструкций и трубопроводов из углеродистых и низколегированных сталей с временным сопротивлением до 490 МПа.

Электроды с основным видом покрытия (Б) имеют шлакообразующую основу покрытия, состоящую из карбонатов (мрамор, мел, магнезит) и фто­ридов кальция (например, плавиковый шпат — CaF2). Газовая защита рас­плавленного металла обеспечивается углекислым газом и окисью углерода, образующимися при диссоциации карбоната кальция в процессе нагрева и плавления покрытия. В качестве раскислителей покрытие может содержать ферромарганец, ферросилиций, ферротитан и ферроалюминий. Покрытия этого вида слабоокисленные, поэтому позволяют легировать расплавленный металл элементами с большим сродством к кислороду. Легирование осущест­вляется марганцем и кремнием при переходе их из ферромарганца и ферроси­лиция в сварочную ванну, что придает соединению высокую прочность. Кроме этого, для легирования в покрытие могут вводить металлические порошки. Наличие в покрытии большого количества соединений кальция, хорошо свя­зывающих серу и фосфор с выделением их в шлак, обеспечивает высокую чи­стоту наплавленного металла с малым содержанием серы и фосфора. Плави­ковый шпат при высоких температурах разлагается с выделением атомарного фтора, который связывает водород в устойчивую, нерастворимую в металле молекулу HF. В результате наплавленный металл содержит незначительное количество водорода (4-10 см³ в 100 г наплавленного металла). Применение в покрытии активных раскислителей (титана, алюминия и кремния) обе­спечивает низкое содержание кислорода в металле шва (менее 0,05%). Поэ­тому наплавленный металл мало склонен к старению, стоек к образованию кристаллизационных трещин и имеет повышенные пластические свойства при низких температурах. Сварочно-технологические свойства электродов с основным видом покрытия ниже, чем у электродов с другим видом по­крытия. Образование большого количества отрицательных ионов фтора при плавлении покрытия приводит к уменьшению проводимости дугового раз­ряда и снижению устойчивости горения дуги. Поэтому сварку электродами с основным видом покрытия осуществляют на постоянном токе обратной по­лярности. Для сварки переменным током необходимо применение электродов с дополнительным содержанием ионизирующих элементов в покрытии, на­пример калия (в электродах марок СМ-11 и УП-1/55), или применение элек­тродов со специальным двухслойным покрытием (например, электроды мар­ки АНО-Д). Наличие влаги, масла, окалины или ржавчины на свариваемых кромках, наличие влаги в покрытии, а также увеличение длины дуги приво­дят к образованию пор в металле шва. Перед сваркой необходима прокалка электродов при температуре 350-400 °С в течение одного часа. Для получения качественных швов необходимо строго соблюдать требования по подготовке изделия и выдерживать технологический режим процесса сварки. Электро­ды с основным видом покрытия предназначены для сварки ответственных конструкций из углеродистых, низколегированных и легированных сталей. Электроды с основным видом покрытия иногда называют электродами с фтористокальциевым покрытием.

Электроды с целлюлозным видом покрытия (Ц) содержат много (до 50%) органических составляющих (целлюлозу, травяную муку и т. п.) для образо­вания большого количества газов. В качестве шлакообразующих применяют чаще всего рутил, карбонаты, алюмосиликаты и др. Иногда добавляют ас­бест — СаО3MgO 4SiO2. Для раскисления наплавленного металла добавляют ферромарганец. При сварке на торце электрода образуется конусная втулка из нерасплавившегося покрытия, что способствует образованию направлен­ного потока газов, который обеспечивает оттеснение жидкого металла из-под дуги и более глубокое проплавление основного металла. Эти электроды (марок ВСЦ-4А и др.) используют для сварки корневого слоя шва неповоротных сты­ков трубопроводов методом опирания сверху вниз с высокой скоростью, дости­гающей 25 м/ч. Они обеспечивают хорошую обратную сторону шва, поэтому отпадает необходимость в подварке шва изнутри. Для выполнения заполняю­щих и облицовочных швов при сварке ответственных конструкций из низко­легированных сталей во всех пространственных положениях предназначены, например, электроды марки ВСЦ-60.

К электродам со смешанным видом покрытия относят электроды с рутилово-основным (рутилкарбонатным или карбонатно-рутиловым) видом покры­тия (РБ), электроды с кисло-рутиловым видом покрытия (АР), с рутилово-целлюлозным видом покрытия (РЦ) и др. К электродам с кисло-целлюлозным видом покрытия относят электроды марки ОМА-2, предназначенные для свар­ки тонколистовых конструкций (толщиной 1-3 мм) из углеродистых и низко­легированных сталей постоянным и переменным током. К электродам с кисло­рутиловым (ильменитовым) видом покрытия относят электроды марок ОММ-5, АНО-6, АНО-6М, АНО-17 и др. Они содержат в покрытии ильменит (FeO TiO2) и предназначены для сварки конструкций из углеродистых сталей во всех пространственных положениях постоянным и переменным током. Электроды с рутилово-основным видом покрытия появились в результате попыток объе­динить преимущества рутиловых и основных покрытий. Они предназначены для сварки оборудования из углеродистых и низколегированных сталей с вре­менным сопротивлением до 490 МПа, когда к металлу сварных швов предъяв­ляются повышенные требования по пластичности и ударной вязкости. К элек­тродам с рутилово-основным видом покрытия относят электроды марок МР-3, АНО-30, ОЗС-28 и др.

Кроме указанных видов покрытий, имеются специальные электродные покрытия: гидрофобные, для сварки и наплавки цветных металлов и их сплавов и др. Гидрофобные покрытия предназначены для выполнения сва­рочных работ в особо влажных условиях: при повышенной влажности ат­мосферы, под водой и т. д. В них добавляют до 10% специальных гидро­фобных полимеров, которые в процессе полимеризации заполняют поры между частицами покрытия и перекрывают пути проникновения влаги во внутренние слои покрытия. Для сварки лежачим и наклонным используют специальные электроды, например, электроды марок НЭ-1, НЭ-5, ОЗС-17Н и др. В этом случае часто применяют удлиненные электроды (до двух ме­тров) и диаметром до 8 мм. Покрытие этих электродов обычно имеет повы­шенную толщину.

Конкретный состав покрытия и стержня в данном электроде определяет марка электрода. Обозначения марок часто содержат начальные буквы органи­зации, в которой были разработаны электроды, и порядковый номер.

Классификация и условные обозначения электродов.

Электроды, предназначенные для ручной дуговой сварки, в стандартах классифицируются по следующим признакам: металлу, для свар­ки которого они предназначены; толщине и типу покрытия; механическим свойствам металла шва и др. Согласно ГОСТ 9466-75 электроды для сварки и наплавки сталей в зависимости от назначения разделены на классы: для сварки углеродистых и низко­легированных конструкционных сталей с σ_в < 600 МПа — У (условное обозна­чение); для сварки легированных конструкционных сталей с σ_в > 600 МПа — Л; для сварки теплоустойчивых сталей — T; для сварки высоколегированных ста­лей с особыми свойствами — B; для наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами — H. Этот стандарт регламентирует размеры электродов, толщину и типы покрытий, условные обозначения, общие технические требования, пра­вила приемки и методы испытания.

Сварочная проволока — проволока для использования в ка­честве плавящегося электрода либо присадочного металла при сварке плав­лением.

Плавящийся электрод для дуговой сварки — металлический электрод, включаемый в цепь сварочного тока для подвода его к сварочной дуге, расплавляющийся при сварке и служащий присадочным металлом.

Присадочная проволока — сварочная проволока, используемая как приса­дочный металл и не являющаяся электродом.

Электродная проволока — сварочная проволока для использования в каче­стве плавящегося электрода.

Сварочная проволока используется в качестве электродной проволоки и присадочной проволоки.

Сварочную проволоку изготавливают сплошной или порошковой.

Для электрошлаковой сварки наряду с проволочными электродами приме­няют пластинчатые электроды, изготовленные из ленты или листов.

Сварочная сплошная проволока.

Среди сварочных материалов сварочные проволоки сплошно­го сечения используются в наибольшем объеме. Их широко применяют в ка­честве электродной проволоки при сварке и наплавке плавящимся электродом в среде защитных газов и под флюсом и как присадочную проволоку при сварке и наплавке неплавящимся электродом в среде защитных газов и газовой свар­ке. Кроме этого, сплошную проволоку применяют при изготовлении покрытых электродов для дуговой сварки.

Сварочную проволоку изготавливают из различных металлов и сплавов.

Сварочную проволоку получают горячей прокаткой и волочением. Если ме­талл шва должен иметь высокую твердость, то проволока плохо деформируется в горячем и холодном состояниях. В этом случае сварочную проволоку изготавливают литьем в виде присадочных прутков длиной до 1000 мм.

Сварочные проволоки выпускают в соответствии с различными стандарта­ми и техническими условиями. Возможность применения сварочной проволо­ки данной марки отечественной или импортной, изготовленной в соответствии с конкретным стандартом или техническим условием для сварки конкретного изделия определяется нормативными документами на сварку изделий данной группы технических устройств. На основе многолетнего опыта разработаны государственные стандарты:

ГОСТ 2246-70. «Проволока стальная сварочная».

ГОСТ 10543-98. «Проволока стальная наплавочная».

ГОСТ 7871-75. «Проволока сварочная из алюминия и алюминиевых сплавов»

ГОСТ 16130-90. «Проволока и прутки из меди и сплавов на медной основе сварочные».

В каждом из ГОСТов приведены сведения о химическом составе, о диа­метрах проволок, о допусках на них, приведены правила приемки, методы ис­пытаний, упаковки, транспортировки и хранения.

Требования ГОСТ 2246-70 распространяются на холоднотянутую свароч­ную проволоку из низкоуглеродистой, легированной и высоколегированной стали. Этот стандарт регламентирует химический состав 77 марок сварочной проволоки, используемых в качестве электродной, присадочной, наплавоч­ной и для изготовления покрытых электродов для ручной дуговой сварки. Стандарт не регламентирует механические свойства металла шва, так как они зависят от многих других факторов (доли участия основного металла, марки флюса, защитного газа, режима сварки и т. д.).

В стандарте предусмотрены диаметры проволок (мм): 0,3; 0,5; 0,8; 1,0; 1,2; 1,4; 1,6; 2,0; 2,5; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0; 8,0; 10,0; 12,0 и предельные отклоне­ния по ним. Для получения проволок с минимальным содержанием вредных примесей, газов, неметаллических включений по требованию потребителя проволока может быть изготовлена из стали, выплавленной электрошлаковым (Ш), вакуумнодуговым (ВД) переплавом или в вакуумноиндукционных печах (ВИ). По виду поверхности проволока выполняется неомедненная или омедненная (О). Стандарт дает примеры условного обозначения проволок.

Пример условного обозначения проволоки для сварки (наплавки) диаме­тром 1,2мм, марки Св-08Г2С с омедненной поверхностью:

Проволока 1,2 Св-08Г2С-О ГОСТ 2246-70.

Пример условного обозначения проволоки сварочной диаметром 4 мм, мар­ки Св-04Х19Н9, предназначенной для изготовления электродов:

Проволока 4 Св-04Х19Н9-Э ГОСТ 2246-70.

Условные обозначения марок проволоки состоят из индекса Св (сварочная) и следующих за ним цифр и букв. Цифры, следующие за индексом Св, указыва­ют среднее содержание углерода в сотых долях процента. Последующие буквы указывают на содержание в проволоке химических элементов, обозначаемых следующими буквами: Б — ниобий; В — вольфрам; Г — марганец; Д — медь; М — молибден; Н — никель; С — кремний; Т — титан; Ф — ванадий; Х — хром; Ц — цирконий; Ю — алюминий.

Цифры, следующие за буквенными обозначениями химических элемен­тов, указывают среднее содержание элемента в процентах. При содержании элементов менее 2% цифра не ставится. Более точное содержание элементов дано в стандарте. Буква А в конце условных обозначений марок низкоуглеро­дистой и легированной проволок указывает на повышенную чистоту металла по содержанию серы и фосфора. В проволоке марки Св-08АА сдвоенная бук­ва А указывает на пониженное содержание серы и фосфора по сравнению с про­волокой марки Св-08А. Для высоколегированных проволок не допускается со­держание серы и фосфора свыше 0,035%.

Проволока выпускается в виде прутков, в кассетах, катушках и бухтах в герметичной упаковке. Масса используемых катушек зависит от диаметра проволоки и вида сварочного оборудования для механизированной или автоматической сварки и колеблется в пределах от 0,5 до 80 кг. При роботизирован­ной сварке применяют и емкости массой до 250 кг.

При дуговой сварке сталей в защитных газах часть проволоки теряется на разбрызгивание. При этом капли расплавленного электродного металла покрывают основной металл. Трудоемкость очистки изделия сопоставима с трудоемкостью операции сварки. Поэтому ведутся работы по созданию проволок, обеспечивающих более устойчивое горение дуги. Одним из способов, уменьшающих разбрызгивание, является введение в состав проволок материалов с низкой работой выхода электронов. При этом присадки должны иметь температуру кипения, превышающую температуру кипения стали. Этим условиям удовлетворяют редкоземельные металлы, такие как церий, лантан, неодим и другие. Введение в проволоку марки Св-08Г2С редкоземельных элементов в количестве 0,01-0,07% улучшает перенос электродного металла при сварке в среде углекислого газа и уменьшает разбрызгивание.

ГОСТ 10543-98 распространяется на горячекатаную и холоднокатаную про­волоку из углеродистой, легированной и высоколегированной стали, пред­назначенную для механизированной электродуговой наплавки. В ГОСТе приведены твердость наплавленного металла и примерное назначение на­плавляемых изделий для каждой марки проволоки. Проволоки классифи­цируются по химическому составу.

ГОСТ 7871-75 распространяется на тянутую и прессованную проволоку из алюминия и алюминиевых сплавов для сварки плавлением. ГОСТ предусматривает выпуск 14 марок тянутой и прессованной проволоки из алюминия (А1 более 99,5%), алюминиево-марганцевого сплава (СвАМц), алюминиево-магниевых сплавов (СвАМг3, СвАМг4 и др.), алюминиево-кремнистых сплавов (СвАК5 и др.) диаметром 0,8-12,5 мм.

ГОСТ 16130-90 «Проволока и прутки из меди и сплавов на медной основе сварочные» регламентирует хим. состав, диаметры проволок (0,8-8,0 мм) и прутков (6 и 8 мм). Этот стандарт содержит также рекомендации по при­менению проволок и прутков.

Сварочная порошковая проволока.

Порошковая проволока — сварочная проволока, состоящая из металлической оболочки, заполненной порошкообразными веществами.

Порошок (сердечник), состоящий из смеси минералов, руд, ферросплавов и металлов, предназначен для газошлаковой защиты, раскисления и легирования расплавленного металла, а также для стабилизации дугового разряда. В качестве газообразующих материалов используют карбонаты кальция, магния, натрия (например, мрамор, магнезит, кальцинированную соду), и органические веще­ства (целлюлозу, крахмал, древесную муку). В качестве шлакообразующих ма­териалов используют рутиловый концентрат, алюмосиликаты, окислы щелоч­ноземельных металлов, флюоритовый концентрат. В качестве раскислителей применяют активные элементы, обладающие высоким сродством к кислороду, в виде ферросплавов (ферромарганец, ферросилиций и др.) и металлических по­рошков. Легирующие материалы, такие как марганец, кремний, хром, бор, ни­кель и другие, обеспечивающие металлу шва необходимые свойства, вводят так­же в виде ферросплавов и металлических порошков. Введение дополнительного металла в виде железного порошка (до 30%) позволяет увеличить производи­тельность наплавки и улучшить сварочно-технологические свойства. В качестве компонентов сердечника можно использовать порошки из различных материа­лов без обработки и связующих веществ. Это дает широкую возможность изме­нять составы порошковых сердечников и создавать такие композиции, которые невозможно получить в других сварочных материалах. По составу сердечника порошковые проволоки делятся, также как и электроды, по виду покрытия на: рутилорганические, рутиловые; рутил-основные и основные.

Оболочкой для большинства порошковых проволок для сварки и наплавки сталей, сплавов и чугуна является холоднокатаная лента толщиной 0,2-0,8 мм из низкоуглеродистой стали, имеющая высокую пластичность, необходимую для формования и волочения проволоки. Оболочка порошковой проволоки для сварки и наплавки цветных металлов соответствует свариваемому металлу.

По конструкции порошковые проволоки могут быть классифицированы на бесшовные (рис. 1а) и шовные (рис. 1б-д) с одним (рис. 1б) и двумя за­гибами (рис. 1в, г), а также двухслойные (рис. 1д). Шовную порошковую проволоку изготавливают из ленты. Введение части оболочки внутрь сердечни­ка (рис. 1в-д) обеспечивает более равномерное плавление его и более эффек­тивную защиту металла от воздуха. При размещении всех металлических по­рошков во внутренней части двухслойной конструкции проволоки (рис. 1д), а газообразующих и шлакообразующих материалов в наружной полости сер­дечника, обеспечивается лучшая защита расплавленного металла.

Бесшовные проволоки (рис. 1а) изготавливают из пластичной трубы, за­полненной наполнителем, волочением. Ее можно получать малого диаметра (до 1 мм) и обмеднять. Такая проволока негигроскопична. Отношение массы порошкового наполнителя проволоки к массе оболочки находится в пределах 15-40%. Чем больше это отношение, тем легче обеспечить качественную за­щиту расплавленного металла и легирование металла шва.

По способу защиты порошковые проволоки делятся на самозащитные и используемые с дополнительной защитой зоны сварки газом или флюсом. Наиболее часто в качестве защитной среды используют углекислый газ. Сварка в углекислом газе порошковой проволокой имеет ряд преимуществ по сравне­нию со сваркой сплошной проволокой. Порошковая проволока, содержащая шлакообразующие и раскислители, позволяет хорошо раскислить металл сварочной ванны, интенсивно обработать его шлаком и снизить содержание в нем газов и неметаллических включений. Швы получаются гладкими, с плавным переходом от основного металла ко шву. Содержащиеся в сердечнике прово­локи вещества, обеспечивающие стабильность горения дуги, приводят к мини­мальному разбрызгиванию и набрызгиванию на свариваемые детали.

Самозащитная проволока — электродная проволока, содержащая веще­ства, которые защищают расплавленный металл от вредного воздействия воз­духа при сварке. Самозащитные проволоки содержат газообразующие и шлако­образующие вещества в достаточном количестве для сварки без дополнительной защиты газом.

Порошковая проволока — универсальный сварочный материал, пригодный для сварки сталей практически любого легирования и для наплавки слоев с осо­быми свойствами. Порошковую проволоку выпускают диаметром 1-3,2 мм. Для сварки во всех пространственных положениях используют в основном про­волоки малых диаметров (чаще диаметром 1,2 мм).

Применение порошковых проволок позволяет обеспечивать производитель­ность расплавления до 10-11 кг/ч, что выше, чем при сварке в углекислом газе сплошной проволокой (до 6-8 кг/ч), и выше, чем при ручной дуговой сварке покрытыми электродами (до 4 кг/ч).

ГОСТ 26271-84 дает классификацию, сортамент и технические требования на порошковую проволоку для сварки углеродистых и низколегированных ста­лей с временным сопротивлением до 900 МПа диаметром 1,2-6 мм.

По условиям применения сварочную порошковую проволоку подразделяют на газозащитную (ПГ), применяемую для сварки в углекислом газе или газо­вых смесях, и самозащитную (ПС) — для сварки без дополнительной защиты.

В соответствии с допустимыми пространственными положениями сварки и условиями формирования сварного шва проволоки подразделяют: для ниж­него (Н); нижнего и горизонтального на вертикальной плоскости (Г); нижнего, горизонтального на вертикальной плоскости и вертикального (В); для всех положений (У); горизонтального на вертикальной плоскости с принудительным формированием шва (ГП); вертикального с принудительным формированием шва (ВП) и всех положений с принудительным формированием шва (УП).

Стандарт приводит марки отечественных порошковых проволок и дает пример их условного обозначения. Например, проволока марки ПП-АН3 диа­метром 3,0 мм, самозащитная (ПС), по значению предела текучести наплавлен­ного металла типа 44, по химическому составу наплавленного металла кате­гории А, обеспечивающей ударную вязкость наплавленного металла не ниже 35 Дж/см² при температуре -20°С (2), для сварки в нижнем положении (Н): ПП-АН3 3,0 ПС44-А2Н ГОСТ 26271-84.

Проволока порошковая наплавочная

Проволоки предназначены для наплавки поверхностных слоев для работы в условиях абразивного износа и износа от трения при больших удельных давлениях и повышенных температурах, а также в агрессивных сре­дах. ГОСТ 26101-84 «Проволока порошковая наплавочная» приводит марки отечественных проволок, их химический состав, твердость наплавленного ме­талла и типичные объекты (детали) наплавки.

В соответствии с ГОСТ 26101-84 различают проволоку, предназначенную для наплавки под флюсом (Ф), в защитном газе (Г), без дополнительной защи­ты — самозащитную (С) и универсальную (У) — для сварки под флюсом, в за­щитном газе и без дополнительной защиты.

По конструкции проволоки могут быть трубчатой стыковой (Т), трубчатой с нахлестом кромки (Н) и двухслойной (Д).

Условное обозначение наплавочной порошковой проволоки по стандарту, например, марки ПП-Нп-30Х5Г2СМ, трубчатой стыковой конструкции (Т), самозащитной (С), диаметром 2,6 мм: ПП-Нп-30Х5Г2СМ-Т-С 2,6 ГОСТ 26101-84.

Лента порошковая наплавочная.

Для дуговой механизированной наплавки поверхностных сло­ев с особыми свойствами применяют порошковые ленты (ПЛ), состоящие из металлической оболочки и порошка-наполнителя из легирующих материалов и флюса. В соответствии с ГОСТ 26467-85 выпускают ленты шириной 10-18 мм и толщиной 3 и 3,8 мм, предназначенные для наплавки под флюсом (Ф), или без дополнительной защиты (самозащитная порошковая лента) — С, или для наплавки под флюсом и без дополнительной защиты (универсальная порош­ковая лента) — У. Условное обозначение наплавочной порошковой ленты по стандарту, например, марки ПЛ-Нп-350Х25Н3С3 двухзамковой универсаль­ной: ПЛ-Нп-350Х25Н3С3-А-У ГОСТ 26467-85.

Порошковую ленту поставляют намотанную на кассеты.

Лента наплавочная спеченая.

Наплавочную ленту спеченную (ЛС) изготовляют спеканием порошкообразных компонентов, обеспечивая ей необходимые прочностные и пластические свойства. Ленты поставляют потребителям в рулонах и приме­няют преимущественно при автоматической наплавке под флюсом для наплав­ки износостойких и коррозионностойких слоев.

Прутки для наплавки.

Литые прутки для наплавки деталей, работающих в условиях абразивного изнашивания с ударными нагрузками, а также при повышенных температурах в условиях коррозии и эрозии, согласно ГОСТ 21449-75* «Прут­ки для наплавки», выпускают диаметром 4, 5, 6 и 8 мм длиной 300-500 мм

пяти марок: 3 на основе железа — Пр-С27 (тип ПрН-У45Х28Н2СВМ), Пр-С1 (тип ПрН-У30Х28Н4С3), Пр-С2 (тип ПрН-У20Х17Н2) и 2 на основе кобальта — ПрВ3К (тип ПрН-У10ХК63В5), Пр-В3К-Р ( тип ПрН-У20ХК57В10).

ГОСТ 16130-90 «Проволока и прутки из меди и сплавов на медной основе сварочные» приводит марки прутковых материалов для наплавки контактов в электротехнических приборах, для наплавки деталей, подверженных кор­розии при работе в морской воде и в условиях, где необходимы коррозионная и износостойкость.

Выпускают прутки и из других металлов и сплавов длиной до 1000 мм для использования их в качестве дополнительного присадочного металла при руч­ных дуговых способах сварки неплавящимися электродами и газовой сварке.

Порошки для наплавки и напыления.

Порошки применяют для наплавки и напыления плазменным или газопламенным способом износостойкого слоя на детали машин и оборудо­вания, работающего в условиях воздействия абразивного изнашивания, кор­розии, эрозии при повышенных температурах или в агрессивных средах. В со­ответствии с ГОСТ 21448-75* выпускают порошки с разной величиной частиц: 1,25-0,8 мм — крупный (К); 0,8-0,4 мм — средний (С); 0,4-0,16 мм — мел­кий (М) и менее 0,16 мм — очень мелкий (ОМ). ГОСТом предусмотрено 8 марок порошков: ПГ-С27 ( тип ПН- У40Х28Н2С2ВМ), ПГ-С1 (тип ПН-У30Х28Н4С4), ПГ-УС25 (тип ПН-У50Х38Н), ПГ-ФБХ6-2 (тип ПН-У45Х35ГСР), ПГ- АН1 (тип ПН-У25Х30СР), ПГ-СР2 (тип ПН-ХН80С2Р2), ПГ-СР3 (тип ПН- ХН80С3Р3). Порошки поставляют в металлических банках массой до 50 кг.

Основные типы сварных соединений

Сварным соединением называется неразъемное соединение дета­лей, выполненное сваркой. В металлических конструкциях встречают­ся следующие основные типы сварных соединений: стыковые, нахлес­точные, тавровые, угловые и торцовые (рис. 1).

Стыковое — это сварное соединение двух элементов, примыкаю­щих друг к другу торцовыми поверхностями.

Нахлесточное — сварное соединение, в котором сваренные элементы расположены параллельно и частично перекрывают друг друга.

Тавровое — сварное соединение, в котором торец одного элемен­та примыкает под углом и приварен к боковой поверхности другого элемента.

Угловое — сварное соединение двух элементов, расположенных под углом и сваренных в месте примыкания их краев.

Торцовое — сварное соединение, в котором боковые поверхности сваренных элементов примыкают друг к другу.

Классификация и обозначение сварных швов

Сварной шов — это участок сварного соединения, образовавшийся в результате кристаллизации расплавленного металла или в результате пластической деформации при сварке давлением, или сочетания крис­таллизации и деформации. Сварные швы могут быть стыковыми и угло­выми. Стыковой — это сварной шов   60—120° стыкового соединения. Угловой — это сварной шов углового, нахлесточного или таврового соединений. Сварные швы подразделяются также по поло­жению в пространстве (в соответс­твии с существующими стандартами): нижнее — Н и в лодочку — Л, полугоризонтальные — Пг, горизонталь­ные — Г, полувертикальные — Пв, вертикальные — В, полупотолочные — Пп, потолочные — П (рис. 2).

По протяженности швы различа­ют сплошные (непрерывные) и пре­рывистые. Прерывистые швы могут быть цепными или шахматными (рис. 3, а).

По отношению к направлению действующих усилий швы подраз­деляются на продольные, поперечные, комбинированные и косые (рис. 3, б).

По форме наружной поверхности стыковые швы могут быть выпол­нены нормальными (плоскими), выпуклыми или вогнутыми (рис. 4). Соединения, образованные выпуклыми швами, лучше работают при статических нагрузках. Однако чрезмерный наплыв приводит к лиш­нему расходу электродного металла и поэтому выпуклые швы неэко­номичны. Плоские и вогнутые швы лучше работают при динамичес­ких и знакопеременных нагрузках, так как нет резкого перехода от ос­новного металла к сварному шву. В противном случае создается кон­центрация напряжений, от которых может начаться разрушение свар­ного соединения.

По условиям работы сварного узла в процессе эксплуатации изде­лия сварные швы подразделяются на рабочие, которые непосред­ственно воспринимают нагрузки, и соединительные (связующие), предназначенные только для скрепления частей или деталей изделия. Связующие швы чаще называют нерабочими швами. При изготовле­нии ответственных изделий выпуклость на рабочих швах снимают пневматическими бормашинками, специальными фрезами или пла­менем аргонодуговой горелки (выглаживание).

Основные типы, конструктивные элементы, размеры и условия обоз­начения швов сварных соединений, выполненных наиболее распростра­ненными способами сварки, регламентированы стандартами. В этих стан­дартах типы швов сварных соединений определяются видом сварного со­единения, формой подготовленных кромок и типом выполненного шва.

Независимо от способа сварки условно изображают видимый шов сплошной основной линией, а невидимый — штриховой линией.

В стандартах принято буквенно-цифровое условное обозначение швов сварных соединений. Буквенная часть указывает на вид сварного соединения: С — стыковое, У — угловое, Т — тавровое, Н — нахлесточ­ное. Цифры являются порядковым номером типа шва в данном конк­ретном стандарте.

Условные обозначения основных способов сварки следующие:

Р — ручная дуговая сварка (штучным электродом);

ЭЛ — электронно-лучевая сварка;

Ф — дуговая сварка под слоем флюса;

ПЛ — плазменная и микроплазменная сварка;

УП — сварка в активном газе (или смеси активного и инертного газов, плавящимся электродом);

ИП — сварка в инертном газе плавящимся электродом;

ИН — сварка в инертном газе неплавящимся электродом;

Г — газовая сварка.

Конструктивные элементы сварных соединений.

Форму разделки кро­мок и их сборку под сварку характеризуют три основ­ных конструктивных эле­мента: зазор, притупление кромок и угол скоса кром­ки (рис. 5).

Тип и угол разделки кромок; определяют коли­чество необходимого элек­тродного металла для за­полнения разделки, а зна­чит, и производительность сварки. Х-образная разде­лка кромок, по сравнению с V-образной, позволяет уменьшить объем наплавленного металла в 1,6—1,7 раза. Кроме того, такая разделка обеспечи­вает меньшую величину деформаций после сварки. При Х-образной и V-образной разделке кромки притупляют для правильного формиро­вания шва и предотвращения образования прожогов.

Зазор при сборке под сварку определяется толщиной свариваемых металлов, маркой материала, способом сварки, формой подготовки кромок и др. Например, минимальную величину зазора назначают при сварке без присадочного металла небольших толщин (до 2 мм) или при дуговой сварке неплавящимся электродом алюминиевых сплавов. При сварке плавящимся электродом зазор обычно составляет 0—5 мм, увеличение зазора способствует более глубокому противле­нию металла.

Шов сварного соединения характеризу­ется основными конструктивными элемен­тами в соответствии со существующими стандартами (рис. 6).

Толщина слоя металла, снимаемого притиром за один про­ход, не превышает 0,002мм. Притирка производится, как правило, после работы напильником или шабером для окончательной от­делки поверхности обрабатываемого изделия и придания ему наи­большей точности. В частности, притирка применяется в тех случаях, когда требуется получить плотное или герметическое (не­проницаемое) соединение деталей кранов, клапанов и др., хорошо удерживающее жидкость и газы.

Точность притирки от 0,001 до 0,002мм или практически до полного совпадения поверхностей. Припуск на притирку оставля­ется в пределах 0,01-0,02мм. Притирка выполняется на плите. В качестве абразива применяют электрокорунд, наждак (окись алю­миния), карбид кремния, крокус (окись железа), окись хрома, вен­скую известь, трепел, толченое стекло, алмазную пыль, пасты ГОИ и другие материалы. Из смазывающих веществ наиболее часто употребляют машинное масло, керосин, бензин, толуол, спирт.

Чтобы произвести притирку детали, на притирочную плиту наносят тонким равномерным слоем смешанный с маслом абра­зивный порошок. Деталь кладут притираемой поверхностью на плиту и круговыми движениями перемещают ее по всей плите до получения матового или глянцевого (блестящего) вида поверхно­сти.

В качестве притиров применяют вращающиеся диски, ци­линдры, конусы, плиты, бруски, пластины, трубы, кольца и специ­альные фасонные притиры. Материал притиров должен быть мяг­че материала обрабатываемого изделия, чтобы в поверхность при­тира вдавливались зерна шлифующего порошка. Притиры изготовливают из чугуна, мягкой стали, красной меди, латуни, свинца, твердого дерева. Наиболее часто пользуются притирами из чугуна, красной меди и латуни. Свинец и дерево употребляют лишь для наведения блеска после того, как притиркой изделию приданы окончательные размеры.

Перед притиркой поверхности притиров покрывают абра­зивным порошком, зерна которого вдавливают в поверхность при­тиров сильным нажимом стального закаленного бруска или вали­ка. Этот процесс называется шаржированием притира.

Из притирочных веществ наиболее твердым является алмаз­ный порошок; им притирают твердые закаленные изделия. Однако алмазный порошок слишком дорого, поэтому его употребляют редко. Следующий по твердости идет карборунд, за ним – корунд, наждак и крокус; более часто применяют наждак.

Притирочные порошки сортируют по величине зерен. Это производится двумя способами. Первый способ – просеивание че­рез сито, имеющее от 80 до 220 отверстий на 1 пог. дюйм (по чис­лу отверстий устанавливается номер порошка). Второй способ – отмачивание, при котором порошок пропускают через сосуд высотой 1м, наполненный водой; наиболее крупные и тяжелые зерна быстро оседают на дно, мелкие же зерна оседают медленнее и не­которое время плавают в жидкости. Такие порошки названы ми­нутками – по числу минут, необходимых на прохождение зерен разной крупности через столб воды. Порошки из зерен, получен­ных отмачиванием, сортируют так: №1 – 5-минутный, №2 – 10­минутный, №3 – 15-минутный, №4 – 30-минутный, №5 – 60­минутный, №6 – 120-минутный и №7 – 180-минутный.

Абразивные порошки и паста обладают различной прити­рочной способностью.

Эту способность принято обозначать толщиной слоя в мик­ронах, снимаемого с закаленной стальной пластинки после 100 движений притира вручную с нажимом средней силы, при прой­денном притиром пути 40м.

Абразивные порошки имеют следующую притирочную спо­собность: №1 – 24 микрона, №2 – 20, №3 – 14, №4 – 10 и т.д. Для обычных слесарных работ употребляют порошки первых пяти но­меров; порошки №6 и №7 чаще всего применяют для притирки ле­кал, шаблонов, мерительных плиток. Их называют микрошлиф по­рошками, обозначают буквой М (микро) и цифрой, показывающей размер зерна в микронах.

С большим успехом применяется паста ГОИ, выпускаемая заводами в виде кусков цилиндрической формы или в пластинках. Подразделяется паста на грубую, среднюю и тонкую. О составе пасты ГОИ дает представление таблица:

Каждый сорт пасты имеет свое назначение. Грубую пасту применяют для снятия металла, измеряемого десятыми долями миллиметра, например, для удаления следов обработки строгани­ем, шлифованием, опиливанием, грубым шабрением, эта паста да­ет матовую поверхность. Среднюю пасту, которой снимают слой, измеряемый сотыми и тысячными долями миллиметра, употреб­ляют для получения полузеркальной блестящей поверхности после ее обработки грубой пастой. Тонкая паста применяется главным образом для придания поверхности зеркального блеска (декора­тивное полирование).

Различные притиры требуют различных видов смазки. Для притиров из чугуна в качестве смазки нужен керосин или бензин, для притиров из мягкой стали – машинное масло, для медных при­тиров – машинное масло, спирт и содовая вода; при особенно вы­соких требованиях к качеству стальной поверхности применяют венскую известь, разведенную в спирте, или крокус в вазелине. Притирку алюминия производят трепелом, разведенным в толуоле со стеариновой кислотой или в деревянном масле.

При притирке медных сплавов в качестве смазывающей жидкости употребляют смесь машинного масла и животного жира. Выбранную жидкость смешивают с абразивными порошками и смесь тщательно растирают.

Притирку можно вести и всухую, но тогда изделие получает не совсем гладкую поверхность; кроме того, процесс обработки замедляется вследствие быстрого затупления зерен шлифующего порошка. Вдобавок притираемое изделие быстро нагревается, что грозит потерей точности. Все эти явления делают употребление смазки при притирке обязательным.

Притирка плоских поверхностей. Притирка чаще всего про­изводится на неподвижных притирочных плитах, размеры которых зависят от формы и величины притираемых изделий. Притирка подразделяется на предварительную и окончательную. Предвари­тельную притирку делают на плите с канавками (рис. 1,а), окон­чательную – на плитах с гладкой поверхностью (рис. 1,б).

Притирка на плитах дает очень точные результаты, поэтому на них притирают детали, требующие наивысшей точности, на­пример лекальные линейки, шаблоны, калибры, плитки (рис. 2).

Перед началом притирки рабочую поверхность притирочной плиты смачивают керосином и насухо вытирают. Затем на нее на­носят тонким слоем абразивный порошок в виде полужидкой мас­сы или пасты.

Обрабатываемое изделие кладут притираемой поверхностью на плиту и круговыми движениями в сочетании с прямыми пере­мещают его по всей поверхности плиты. Нажим на изделие дол­жен быть равномерным и несильным, работать надо осторожно, чтобы избежать сильного нагрева изделий, который может привес­ти к короблению или изменению размеров. Если изделие нагре­лось, притирку приостанавливают и дают изделию охладиться.

Притирку узких поверхностей ведут при помощи металличе­ского бруска. Брусок прижимают к детали сбоку и вместе с ней перемещают по притиру. Абразивный порошок или паста сраба­тываются после 10-12 движений притираемой поверхности по од­ному и тому же месту плиты. Сделав указанное количество дви­жений, абразивную массу удаляют с поверхности плиты чистой тряпкой и наносят свежий слой. Притирка со сменой слоя абра­зивной массы повторяется несколько раз, пока обрабатываемая поверхность не получит надлежащего вида.

Окончательная притирка для придания поверхности блеска производится на одном масле с прибавлением остатков абразивно­го порошка от предварительной притирки.