Про металлообработку

Рабочее место сварщика — это сварочный пост (рис. 1), который ос­нащен необходимым инструментом и оборудованием для выполнения работ.

Сварочные посты могут быть оборудованы как в производствен­ном помещении, так и на открытой производственной площадке (строительно-монтажные условия рабо­ты). В зависимости от условий рабо­ты сварочные посты могут быть стационарными или передвижными.

Сварочные посты необходимо размещать в специальных сварочных кабинах.

В кабинах в качестве источников питания размещаются наиболее распространенные однопостовые сва­рочные трансформаторы типа ТДМ для сварки на переменном токе, или сварочные выпрямители типа ВД или ВДУ для сварки на постоянном токе.

Применяются также и многопос­товые источники питания на не­сколько независимых постов.

Кабина сварочного поста должна иметь размеры: 2(1,5) или 2(2) м и высоту не менее 2 м. В кабине устанавливается металлический стол, к верхней части кабины подводится зонд местной вытяжки воздуха от вентиляционной системы. В столе предусматриваются выдвижные ящики для хранения необходимого инструмента и приспособлений.

Сварочный пост комплектуется источником питания, электрододержателем, сварочными проводами, зажимами для токонепроводя­щего провода, сварочным щитком с защитными светофильтрами, различными зачистными и мерительными инструментами.

Сварщики обеспечиваются средствами личной защиты, спец­одеждой.

Электрододержатель — приспособление для закрепления электрода и подвода к нему тока (рис. 2). Среди всего многообразия применяемых электрододержателей наиболее безопасными являются пружинные, изготовляемые в соответствии с существующими стандартами: I типа — для тока до 125 А; II типа — для тока 125—315 A; III типа — для тока 315— 500 А. Эти электрододержатели выдерживают без ремонта 8 000—10 000 зажимов. Время замены электрода не превышает 3—4 с. По конструкции различаются винтовые, пластинчатые, вилочные и пружинные электрододержатели.

Щитки сварочные изготавливаются двух типов: ручные и головные из легких негорючих материалов. Масса щитка не должна превышать 0,50 кг.

Защитные светофильтры (затемненные стекла), предназначенные для защиты глаз от излучения дуги, брызг металла и шлака, изготавли­ваются 13 классов или номеров. Номер светофильтра подбирается в первую очередь в зависимости от индивидуальных особенностей зре­ния сварщика. Однако следует учитывать некоторые объективные факторы: величину сварочного тока, состав свариваемого металла, вид дуговой сварки, защиту сварочной ванны от воздействия газов воздуха. Размер светофильтра 52×102 мм. При сварке покрытыми электро­дами следует ориентироваться на применение светофильтров различ­ных номеров в зависимости от величины сварочного тока: 100 А – № С5; 200 А – № С6; 300 А – № С7; 400 А – № С8; 500 А – № С9 и т. д.

При сварке плавящимся электродом тяжелых металлов в инертном газе следует пользоваться светофильтром на номер меньше, а легких металлов – на номер больше по сравнению со светофильтром при сварке покрытыми электродами.

При сварке в среде СО₂ применяют следующие светофильтры: до 100 А – № С1; 100-150 А – № С2; 150-250 А – № С3; 250-300 А – № С4; 300-400 А – № С5 и т. д. Светофильтры вставляются в рамку щитка, а снаружи светофильтр защищают обычным стеклом от брызг металла и шлака. Прозрачное стекло периодически заменяют.

Кабели и сварочные провода необходимы для подвода тока от ис­точника питания к электрододержателю и изделию. Кабели изготавли­вают многожильными (гибкими) по установленным нормативам для электротехнических установок согласно ПУЭ (Правила устройства и эксплуатации электроустановок) из расчета плотности тока до 5 А/мм² при токах до 300 А. Электрододержатели присоединяются к гибкому (многожильному) медному кабелю марки ПРГД или ПРГДО. Кабель сплетен из большого числа отожженных медных проволочек диамет­ром 0,18-0,20 мм. Применять провод длиной более 30 м не рекоменду­ется, так как это вызывает значительное падение напряжения в сва­рочной цепи. Рекомендуемые сечения сварочных проводов для подво­да тока от сварочной машины или источника питания к электрододержателю и свариваемому изделию приведены в (табл. 1).

Токоподводящий провод соединяется с изделием через специаль­ные зажимы. В сварочном поворотном приспособлении должны быть предусмотрены специальные клеммы. Закрепление провода должно быть надежным. Самодельные удлинители токоподводящего провода в виде кусков или обрезков металла не допускаются. Некоторые виды зажимов приведены на рис 3.

Одежда сварщика изготовляется из различных тканей, которые должны удовлетворять двум основным требованиям:

Исходя из этих требований одежду для сварщиков — куртку и брюки — шьют из брезента, сукна, замши; иногда комбинируют ткани.

Ассортимент тканей и самой спецодежды постоянно расширяется. Зарубежные и отечественные фирмы изготавливают универсальную спецодежду, применяемую сварщиками, автогонщиками, работника­ми аварийно-спасательной службы. Наиболее совершенные костю­мы для сварщиков изготавливает отечественная фирма «Автохимэкс». Куртка и брюки изготовлены из двухлицевой ткани, у которой внешняя сторона — из нити типа кевлар, а внутренняя — из хлопчатобумажной пряжи. Ткань обладает повышенной прочностью, малым удлинением, что обеспечивает сохранение формы костюма (куртка, полукомбинезон или комбинезон). Температура, при которой рабочий чувствует себя комфортно длительное время, составляет 200-250 °С.

Все сварщики должны пользоваться защитными рукавицами. При выполнении сварочных работ внутри котлов, емкостей, резервуаров и т. д. сварщики должны обеспечиваться резиновыми ковриками, бо­тами, галошами, особыми наколенниками и подлокотниками, дере­вянными подложками и др.

При выполнении сварочных работ сварщик пользуется традици­онным инструментом: металлической щеткой для зачистки кромок перед сваркой и удаления остатков шлака после сварки; молотком-шлакоотделителем для удаления шлаковой корки; зубилом, шаблона­ми для проверки размеров швов, личным клеймом, рулеткой металли­ческой, угольником, чертилкой и т. д. (рис. 4).

При электрической дуговой сварке энергия, необходимая для об­разования и поддержания дуги, поступает от источников питания пос­тоянного или переменного тока.

В процессе электрической дуговой сварки основная часть теплоты, необходимая для нагрева и плавления металла, получается за счет дугово­го разряда (дуги), возникающего между свариваемым металлом и элект­родом. При сварке плавящимся электродом под воздействием теплоты дуги кромки свариваемых деталей и торец (конец) плавящегося элект­рода расплавляются и образуется сварочная ванна. При затвердевании расплавленного металла образуется сварной шов. В этом случае свар­ной шов получается за счет основного металла и металла электрода.

К плавящимся электродам относятся стальные, медные, алюми­ниевые; к неплавящимся — угольные, графитовые и вольфрамовые. При сварке неплавящимся электродом сварной шов получается толь­ко за счет расплавления основного металла и металла присадочного прутка.

При горении дуги и плавлении свариваемого и электродного ме­таллов необходима защита сварочной ванны от воздействия атмосфер­ных газов — кислорода, азота и водорода, так как они могут проникать в жидкий металл и ухудшать качество металла шва. По способу защиты сварочной ванны, самой дуги и конца нагреваемого электрода от воз­действия атмосферных газов дуговая сварка разделяется на следующие виды: сварка покрытыми электродами, в защитном газе, под флюсом, самозащитной порошковой проволокой и со смешанной защитой.

Покрытый электрод представляет собой металлический стержень с нанесенной на его поверхность обмазкой. Сварка покрытыми элект­родами улучшает качество металла шва. Защита металла от воздей­ствия атмосферных газов осуществляется за счет шлака и газов, обра­зующихся при плавлении покрытия (обмазки). Покрытые электроды применяются для ручной дуговой сварки, в процессе которой необхо­димо подавать электрод в зону горения дуги по мере его расплавления и одновременно перемещать дугу по изделию с целью формирования шва (рис. 1).

При сварке под флюсом сварочная проволока и флюс одновремен­но подаются в зону горения дуги, под воздействием теплоты которой плавятся кромки основного металла, электродная проволока и часть флюса. Вокруг дуги образуется газовый пузырь, заполненный парами металла и материалов флюса. По мере перемещения дуги расплавлен­ный флюс всплывает на поверхность сварочной ванны, образуя шлак. Расплавленный флюс защищает зону горения дуги от воздействия атмосферных газов и значительно улучшает качество металла шва. Сварка под слоем флюса применяется для соединения средних и боль­ших толщин металла на полуавтоматах и автоматах (рис. 2).

Сварку в среде защитных газов выполняют как плавящимся элек­тродом, так и неплавящимся с подачей в зону горения дуги присадоч­ного металла для формирования сварного шва.

Сварка может быть ручной, механизированной (полуавтоматом) и автоматической. В качестве защитных газов применяют углекислый газ, аргон, гелий, иногда азот для сварки меди. Чаще применяются смеси газов: аргон + кислород, аргон + гелий, аргон + углекислый газ + кислород и др. В процессе сварки защитные газы подаются в зону горения дуги через сварочную головку и оттесняют атмосферные газы от сварочной ванны (рис. 3).

При электрошлаковой сварке тепло, иду­щее на расплавление металла изделия и электрода, выделяется под воздействием электрического тока, проходящего через шлак. Сварка осуществляется, как правило, при вертикальном расположении свари­ваемых деталей и с принудительным формированием металла шва (рис. 4). Свариваемые детали собираются с зазором. Для предотвращения вытекания жидкого металла из пространства зазора и формирования сварного шва по обе стороны зазора к свариваемым деталям прижимаются охлаждаемые водой медные пластины или ползуны. По мере охлаждения и формирования шва ползуны перемещаются снизу вверх.

Обычно электрошлаковую сварку применяют для соединения де­талей кожухов доменных печей, турбин и других изделий толщиной от 50 мм до нескольких метров. Электрошлаковый процесс применяют также для переплава стали из отходов и получения отливок.

Электронно-лучевая сварка производится в специальной камере в глубоком вакууме (до 13-10^-5 Па). Энергия, необходимая для нагрева и плавления металла, получается в результате интенсивной бомбарди­ровки места сварки быстро движущимися в вакуумном пространстве электронами. Вольфрамовый или металлокерамический катод излуча­ет поток электронов под воздействием тока низкого напряжения. Поток электронов фокусируется в узкий луч и направляется на место сварки деталей. Для ускорения движения электронов к катоду и аноду подводится постоянное напряжение до 100 кВ. Электронно-лучевая сварка широко применяется при сварке тугоплавких металлов, хими­чески активных металлов, для получения узких и глубоких швов с высо­кой скоростью сварки и малыми остаточными деформациями (рис. 5).

Лазерная сварка — эта сварка плавлением, при которой для нагрева используется энергия излучения лазера. Термин «лазер» получил свое название по первым буквам английской фразы, которая в переводе оз­начает: «усиление света посредством стимулированного излучения».

Современные промышленные лазеры и системы обработки материалов показали существенные преимущества лазерной тех­нологии во многих специальных отраслях машиностроения. Промышленные СО₂-лазеры и твердотельные снабжены микропро­цессорной системой управления и приме­няются для сварки, резки, наплавки, поверхностной обработки, прошивки от­верстий и других видов лазерной обработки.

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.