СВАРОЧНЫЕ ПОКРЫТЫЕ ЭЛЕКТРОДЫ ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ И НАПЛАВКИ
Электроды для ручной дуговой сварки представляют собой стержни длиной до 450 мм, изготовленные из сварочной проволоки (ГОСТ 2246—70), на поверхность которых нанесен слой покрытия различной толщины. Один из концов электрода на длине 20—30 мм освобожден от покрытия для зажатия его в электрододержателе с целью обеспечения электрического контакта. Торец другого конца очищают от покрытия для возможности возбу? кдения дуги посредством касания изделия в начале процесса сварки.
Покрытие предназначено для повышения устойчивости горения дуги, образования комбинированной газошлаковой защиты, легирования и рафинирования металла. Для изготовления покрытий применяют различные материалы (компоненты).
1. Газообразующие компоненты — органические вещества: крахмал, пищевая мука, декстрин либо неорганические вещества, обычно карбонаты (мрамор СаС03, магнезит MgC03 и др.).
2. Легирующие элементы и элементы-раскислители: кремний, марганец, титан и др., используемые в виде сплавов этих элементов с железом, так называемых ферросплавов. Алюминий в покрытие вводят в виде порошка-пудры.
3. Ионизирующие или стабилизирующие компоненты, содержащие элементы с низким потенциалом ионизации, а также различные соединения, в состав которых входят калий, натрий, кальций, мел, полевой шпат, гранит и др.
4. Шлакообразующие компоненты, составляющие основу покрытия, — обычно это руды (марганцовая, титановая), минералы (ильменитовый и рутиловый концентраты, полевой шпат, кремнезем, гранит, мрамор, плавиковый шпат и др.).
5. Связующие — водные растворы силикатов натрия и калия, называемые натриевым или калиевым жидким стеклом, а также натриево-калиевым жидким стеклом.
6. Формовочные добавки — вещества, придающие обмазочной массе лучшие пластические свойства, — бентонит, каолин, декстрин, слюда и др.
Для повышения производительности сварки, увеличения количества дополнительного металла, вводимого в шов, в покрытии электродов может содержаться железный порошок до 60% массы покрытия. Многие материалы, входящие в состав покрытия, одновременно выполняют несколько функций, обеспечивая и газовую защиту в виде газа С02, и шлаковую защиту в виде СаО и т. д.
Газовая защита образуется в результате диссоциации органических веществ при температурах выше 200 °С:
Сп (1T20)JI_1 —> (и — 1) СО - f- (п — 1) Н2 + С,
диссоциации карбонатов при температуре ~900 °С (при парциальном давлении в газовой фазе рсо3 1кгс/см2)
СаС03 -► CaO - f - С02;
MgCOs->MgO + COa,
а также последующей диссоциации С02
C02-^C0 + VA.
Процесс диссоциации происходит недалеко от торца электрода. Расчеты показывают, что при температуре 0 °С и давлении 1 кгс/см2 диссоциация 1 г органических соединений приводит к выделению примерно 1450 см3 СО + И2, air карбоната СаС03 — к выделению 340 см3 газов. В столбе дуги газы нагреваются до средней температуры 550—800 °С; объем выделившихся при этих температурах газов составляет соответственно 1000—1400 см3 (при нагреве газа на 1 °С его объем увеличивается на 1/273). При обычном составе электродных покрытий на каждый грамм металла электродного стержня выделяется 90— 120 см3 защитного газа (С02, Н2), что обеспечивает достаточно надежное оттеснение воздуха от зоны сварки и попадание очень небольшого количества азота в металл шва (не свыше 0,02—0,03%).
Состав шлакообразующих может быть различным; это окислы CaO, MgO, MnO, FeO, А1203, Si02, ТЮ2, NazO, галогены CaF2 и др.
При изготовлении электродов для сварки алюминия и его сплавов ввиду его большого сродства к кислороду применять покрытия из окислов нельзя, так как металл будет разрушать эти окислы и интенсивно окисляться. В этих случаях покрытия практически полностью состоят из бескислородных соединений, хлоридов и фторидов (КС1, NaCl, KF и т. п.), которые наносятся на стержни многократным окунанием стержней в водные растворы указанных компонентов.
Покрытие толстых электродов оказывает существенное влияние на весь процесс сварки. Поэтому общие требования к ним мри сварке различных металлов: 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 после остывания с поверхности шва; 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 опира - нием, наклонным электродом и т. д.).
Технологические характеристики плавления электродов определяются экспериментально и позволяют судить о производительности и экономичности процесса сварки электродами той или иной марки.
Коэффициент расплавления (г/А-ч)
ctp —- Gp/It,
где Сгр — масса расплавленного металла электрода (г) за время t горения дуги (ч); / — сила сварочного тока, А.
Для электродов, содержащих в покрытии дополнительный металл (например, железный порошок), масса расплавленного металла
Gp = GCT_ ЭЛ+ б-доп. Ml
где С? ст эл — масса расплавленной части металлического стержня электрода; 6гдоп м — масса расплавленного дополнительного металла, содержащегося в покрытии электрода.
Коэффициент наплавки (г/А-ч)
ttH = GH/It,
где Gu — масса наплавленного металла (г) при силе сварочного тока I (А) за время t (ч), полученного за счет металлического стержня электрода и дополнительного металла, если он содержался в покрытии электрода. Коэффициент потерь (%)
характеризует потери металла электрода на испарение, разбрызгивание и окисление.
Для электродов, содержащих в покрытии дополнительный металл,
(^ст. эл~Ь6доп. м) — Gu
1 (^?ст. эл + Сд0П. м)
Коэффициент массы покрытия
к — Gn/GM,
где G„ — масса покрытия на электроде; GM — масса металла стерниш на длине обмазанной части электрода.
Если известна масса 1 см электродной проволоки т (г/см;, ю
к —— (Gpjx tula)/ tuloi
где 6vm и l91l — масса всего электрода (г) и его длина (см); 10 — длина обмазанной части электрода, см.
Иногда массу покрытия на электроде относят к массе всего электрода:
h = (Ga„ — mla)/mla.
Значения рассмотренных коэффициентов зависят от марок электродов (состава металлического стержня н покрытия), рода и полярности тока и др. Для наиболее распространенных электродов, предназначенных для сварки иизкоуглеродистых сталей, не содержащих в покрытии дополнительный металл, а,, = 7 4- 13 г/А-ч; а„ = 6 -4- 12,5 г/А - ч; ф = 5 - г - 25%.
Рассмотренные характеристики электродов используют для нормирования сварочных работ и расхода электродов. Например, если известны Fn (см. рис. 66) и длина шва 1Ш, то
Gu = 7'н/шу,
где у — плотность металла (для большинства сталей у = 7,8 г/см3).
По паспорту выбранной марки электродов для соответствующего диаметра электрода и пространственного положения сварки определяют 1СВ и коэффициенты ар, а„, ф и к. Основное время сварки определяют по формуле
Т о — t = Gu/aHI
и массу электродов, необходимых для сварки данного шва, — но формуле
Сэл = (1 + ф).
Формирование состава шлаков при плавлении электрода. Состав покрытия электродов задается их рецептурой. Химический состав компонентов регламентирован стандартами и техническими условиями на их поставку. Поэтому при определении состава образующихся шлаков необходимо определить количества тех или иных компонентов покрытия при заданном количестве сухой смеси.
Приведем расчет состава защитного шлака, образующегося в результате плавления электрода, и определим коэффициент его кислотности, характеризующий многие особенности шлака, на примере электродов типа Э46Аа (ГОСТ 9467-75), марки УОНИ-13/45, с покрытием основного типа.
Состав электродов этого типа, %:
1. Мрамор.................................
2. Плавиковый шпат.................
3. Кварцевый песок...................
4. Ферросилиций.........................
5. Ферромарганец....................
С. Ферротитан...........................
100%
7. Жидкое стекло в пересчете на сухой остаток 12 (ГОСТ 13078—67)
112%
П связи с тем, что жидкое стекло вводят дополнительно к основным Компонентам, необходимо рассчитать действительное содержание компонен-
тов в составе покрытия с учетом жидкого стекла (т. е. принимая сумму 112% за 100%). Получим следующий состав покрытия, %:
1. Мрамор...................... • .......................................... 48,3
2. Плавиковый пшат.................................................................... 13,2
3. Кварцевый песок............................................................................................................... 8
4. Ферросилиций............................................................................ 4,5
5. Ферромарганец ........................................................................ 4.5
6. Ферротитан ............................................................................ 10.7
7. Жидкое стекло........................................................................ 10,7
100%
Для расчета химического состава шлака необходимо знать химическим состав компонентов и количество легирующих элементов, переходящих в металл шва.
В мраморе содержится 93% СаСОд и не более 3% MgO. С учетом этого содержания в покрытии будет 48,3*0,93 = 44,5% СаС03 и 48,3*0,03 = 1,45% MgO.
При сварке происходит диссоциация СаС03:
СаС03->Са0 + С02 100%->56%+44%,
в результате чего выделяется в газовую фазу (С02)г = 44,5-44/100 = 19,5% и в шлаковую фазу (СаО)ш = 44,5-56/100 = 24,9%.
MgO в количестве 1,45% переходит полностью в шлак. Плавиковый шпат содержит 92% CaF2 и не более 5% Si02. Si02 переходит в шлак полностью, т. е. (Si02),,i = 13,2 - 5/100 = 0,66%. Количество CaF2 в покрытии 13,2-0,95 = = 12,6% C, aF2 реагирует с Si02 по формуле
nCaF2+rnSiO, -*■ (п — 2т) СаГ» + 2/гаСаО + mSiF.,.
При малом количестве CaF2 и большом количестве Si02 (п — 2т) = = 0,55п, т. е. т = 0,225п. При т = 1
12,6 (СаГ2) + 0,225 -12,6 (Si02) -> 0,55 -12,6 (CaF2) +
+0,45 • 12,6 (CaO) +0,225 • 12,6 (SiF4);
следовательно, 6,9% CaF2 остается в шлаке, а на образование СаО и SiF4 уходит 12,6 — 6,9 = 5,7% CaF2. Долю кальция и фтора находят из соотношения их молекулярных масс: молекулярные массы фтористого кальция 78, кальция 40 и фтора 19; следовательно, доля кальция 5,7-40/78 =. 2,9 и доля фтора 5,7-38/78 = 2,8. С учетом всех элементов получим
Са +0,5О2 = СаО; (СаО)ш = 2,9 - 56/40 = 4,1%;
40 + 0,5x32 = 56
Si + 4F—SiF4, (SiF4)r=2,8-104/76 = 3,9%
28+4x19 = 104
и (Si)m = 2,8 - 28/76 = 1,0%,
т. с. 1% Si был извлечен из шлака для реакции образования SiF4. Расход Si02 из шлака составит
Si + 02 ■ Si02;
28+32 = 60
следовательно, 1-60/28 = 2%Si02 необходимо вычесть из суммарного количества (Si02)„|.
Кварцевый песок содержит 9,7% Si02, что дает в шлак (Si02)m = 8-0,97 = =: 7,75%. Ферросилиций содержит 75% Si, что дает количество Si=4,5x Х0,7‘> =3,5%, используемого для раскисления и легирования. На легирование
металла шва кремнием до 0,3% необходимо израсходовать из покрытия (с учетом относительной массы покрытия 0,33):
Остальпое количество кремния из ферросилиция (3,5 — 0,9) = 2,6% пойдет на раскисление металла шва с ооразоваиием (SiOa)m = 2,6 • 60/28 = = 5,55%.
Ферромарганец содержит 80% Ми; 1% С и 2% Si, или с учетом долевого участия в покрытии Ми = 4,5-0,8 = 3,6%; С = 2,5-0,01 = 0,045% и Si = = 4,5-0,02 = 0,09%. Углеродом и кремнием из ферромарганца можно пренебречь (угар).
Из ферромарганца часть марганца пойдет па легирование шва и при коэффициенте перехода /ГМп = 0,55 это составит [Мп]ш = 3,6-0,55 =1,9%. Остальная часть марганца 3,6 — 1,9 = 1,7% пойдет на образование МпО в шлаке:
Мп+0,5О2 =МпО; (МаО),и = 1,7 х 71/55 = 2,2%.
55+0,5x16 = 71
Ферротитан. содержит 23% Ті; 4,6% Si; 6% Л1; все эти элементы пойдут па соединение с кислородом. При этом титан в количестве 10,7-0,23 = 2,46% дает (Ti02)m = 2,46-80/48 = 4,1%, так как
Ті + 0» = ТЮ2. 48 + 32 = 80
Кремний в количестве 10,7-0,46 = 0,5% образует l, l°/o(Si02)in. Алюминий в количестве 10,7-0,06 = 0,64% образует (А1203)ш = 0,64-102/54 ^ 1,2%, гак как
2А1 + 1,502 = А1203.
2x27 + 3x16 = 102
Жидкое стекло — натриевое с модулем т= %Si02-a/%R20, где а — отношение молекулярных масс К20 (т. е. NaaO или К20) к SiC2, содержит на молекулу Na20 2,7 молекулы Si02. При молекулярных массах Si02 — 60 и Ма20 — 62 это даст
(Si02)ui=10,7% 2,7+І,0 62 = 7,6%:
(Na2°)UI = l0’72,7 + 1,0 6(Г~3’^^’
Результаты расчета приведены в табл. 13.
Шлаки принято характеризовать коэффициентом кислотности, понимая иод этим величину коэффициента кк, определяемого отношением
А„=£ R02/E RO,
где SR02 — сумма процентов по массе кислых окислов в шлаке; 2 И О — то же, основных окислов.
Пели kK > 1,0, шлак называют кислым; если kK < 1,0, —основным. Ш ходя из этого шлак электродов УОШІ-13/45 имеет kK =гг 0,55, т. е. нішо относится к групие основных. К кислым окислам относят Si02, ТЮ2; и освовпым — FeO, МпО, CaO, MgO, Na20, К20; амфотерные окислы А1203, 1'V. jU.,, Сг203. Образующиеся шлаки должны обладать определенными физикохимическими свойствами -
Таблица 13. Расчет состава шлаков при сварке электродами типа У4СА марки УОНИ-13/45 (ГОСТ 9467—75)
|
К физическим свойствам шлака относятся: тенлофизическис характеристики — температура плавления, температуриий интервал затвердевания, теплоемкость, теплосодержание и т. п.; вязкость; способность растворять окислы, сульфиды и т. п.; определенная плотность; определенная газопроницаемость; достаточное различие в коэффициентах линейного и объемного расширения по сравнению с металлом, что необходимо для легкой очистки металла шва.
К химическим свойствам относится способность шлака раскислить металл шва; связывать окислы в легкоплавкие соединения; легировать металл шва.
Наилучшие качества при сварке имеют шлаки, если температура их плавления составляет 1100—1200 °С. Температурный интервал затвердевания должен быть небольшим или, как говорят, шлак должен быть «коротшім». Шлаки, у которых переход от жидкого к твердому состоянию растянут на значительный температурный интервал (так называемые длинные шлаки), при прочих рапных условиях хуже обеспечивают формирование шва.
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. и. Однако для надежного закрытия металла шва шлак не должен быть чрезмерно жидким, ото особенно важно при - < парке на вертикальной плоскости и в потолочном положении. Для таких шлаков важно, чтобы переход из жидкого в твердое состояние совершался как можно быстрее.
Кислые шлаки обычно бывают очень вязкими и длинными, при этом чем выше кислотность шлаков, тем больше их вязкость.
(кчювные шлаки — короткие. Шлаки должны обладать небольшим удельным весом, чтобы легко всилывать на поверхность сварочной ванны. Слой шлака, покрывающий шов, в жидком виде и в процессе затвердевания должен легко пропускать газы, выделяющиеся из металла шва.
Затвердевшие шлаки должны иметь небольшое сцепление с металлом, коэффициенты линейного расширения шлака и металла должны быть различными для более легкого удаления шлака со шва.
Изготовление покрытых электродов. Электрод, состоящий из металлического стержня и толстого покрытия, расплавляясь, должен обеспечивать постоянство вводимых в реакционную зону компонентов по объему, их химическому составу и реакционной способности.
Это достигается применением проволоки, имеющей стабильный химический состав и диаметр с отклонениями, регламентированными стандартом. Покрытие, состоящее из смеси различных порошкообразных компонентов, скрепленных между собой и со стержнем жидким стеклом, также должно быть однородным я массе, что достигается при достаточно мелком размоле составляющих компонентов и хорошем перемешивании обмазочной массы,
Поэтому процесс, изготовления электродов предусматривает ряд строго последовательных операций по подготовке проволоки, компонентов покрытия* сухой смеси компонентов (шихты) и обмазочной массы, нанесению ее на стержень с последующей сушкой п прокалкой электродов с целью придания необходимой прочности покрытию (табл. 14).
Рассмотрим основные операции изготовления электродов.
Сварочную проволоку в бухтах на специальных станках подвергают правке и рубке па стержни определенной длины.
При изготовлении стержней из проволоки отбирают пробы для проверки соответствия ее техническим условиям, а также проверяют длину стержней, стрелу прогиба, волнистость и т. д. После правки и рубки стержни очищают, а затем закладывают и контейнеры для подачи их к электродообмазочпым прессам Компоненты покрытия после сушки при определенных для каждого компонента температурах (например, СаС03 при 650 °С начинает диссоциировать) проходят контроль влажности и поступают на грубое и среднее дробление, а затем тонко измельчаются в шаровых п других конструкций мельницах.
Таблица 14. Последовательность технологических операций при изготовлении покрытых электродов
|
|
|
||
|
|||
|
|||
|
|||
|
|||
|
преждевременное реагирование ферросплавов с жидким стеклом при изготовлении обмазочной массы.
На электродных заводах предпочитают наиболее простой способ пассивирования, при котором заранее (в жидкое стекло при его приготовлении) добавляют в сухом виде хромпик (0,5% массы силикатной глыбы).
Из подготовленных материалов приготовляют сухую шихту путем взвешивания компонентов согласно рецептуре покрытия и тщательно перемешивают ее в цилиндрических барабанах, эксцентрично насаженных на вал, контролируя равномерность перемешивания и влажность.
Жидкое стекло, используемое как связующее в электродном производстве, получают из так называемой силикатной глыбы, т. е. силиката натрия (Na20 -п - Si02) или калия, не содержащего воды. Для приготовления жидкого стекла силикатную глыбу разваривают в автоклаве с подачей воды или пара. Общая формула наиболее широко применяемого натриевого стекла Na.,0 х X п ■ Si02 • т • Н.20.
Жидкое стекло, используемое в качестве связующего, имеет различную плотность (т. е. степень разведения водой), модуль, характеризуемый молекулярным соотношением Si02 и Na20 или К20. вязкость и клеющую способность. Важную характеристику жидкого стекла — сухой остаток — учитывают при расчете состава сухой смеси и состава шлаков, образующихся при плавлении покрытия.
Из подготовленных материалов приготовляют обмазочную массу путем смешения сухой смеси с жидким стеклом до определенной консистенции. Обмазочная масса должна иметь густоту и вязкость оконной замазки.
Покрытие на электроды наносят опрессовкой на специальных прессах. Электродные стержни специальным механизмом проталкиваются через фильер обмазочной головки, в которую при давлении 700—S00 кгс/см2 выжимается обмазочная масса (заложенная предварительно в цилиндре в виде брикета). Элек трод выталкивается из обмазочной головки полностью покрытый обмазочной массой и попадает на транспортер зачистной машины, на которой есть устройство для зачистки торца электрода и снятия с другого его конца покрытия на длине 20—30 мм. С конвейера электроды укладывают на специальные рамки и подвергают сушке на воздухе в течение 18—24 ч или в сушилке при температуре до 100 °С в течение 3 ч, после чего подают па прокалку, режим которой зависит от состава покрытия (наличия органических соединений, ферросплавов и т. д.).
В результате сушки и ирокалки содержание влаги в покрытии снижается с 3—3,5% до 0,1—0,3% и покрытие приобретает довольно высокую прочность. На современных заводах обычно электроды после зачистной машины поступают для сушки и прокалки в конвейерные печи непрерывного действия.
После прокалки электроды подвергают контролю, упаковке но влагостойкую парафинированную битумную бумагу или пластмассовую пленку в пачки но 3—8 кг, либо в герметически закрывающуюся металлическую тару.
Па пачку наклеивают паспорт электрода, на котором указано наименование или товарный знак предприятия-изготовителя, условное обозначение электродов, номер партии и дата изготовления, область применения электродов, особые условия выполнения сварки или наплавки, допустимое содержание влаги, режим 11 о кто р його прокаливания, рекомендуемый режим сварки, масса электродов в коробке или пачке.
Классификация и характеристика 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; способу нанесения покрытия (опрессовкой или окунанием) 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 ов < 60 кге/мм2 — У (условное обозначение); для сварки легированных конструкционных сталей с ав > 60 кге/мм4 — Л; для сварки теплоустойчивых сталей — Т; для сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами — В; для наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами — Н. Этот ГОСТ регламентирует размеры электродов, толщину и типы покрытий, условные обозначения, общие технические требования, правила приемки и методы испытания.
В этом стандарте в зависимости от отношения полного диаметра электрода D к диаметру стержня d покрытые электроды разделяются на следующие виды: с тонким покрытием (Did ^ ^ 1,2) присвоен индекс М; со средним покрытием (1,2 < Did ^ «t^l,45) — С; с толстым покрытием (1,45 <. Did ^ 1,8) — Д;
с особо толстым покрытием (Did >1,8) — Г.
В зависимости от требований к качеству электродов — точности изготовления, состоящий поверхности покрытия, сплошности полученного данными электродами металла шва и содержанию серы и фосфора в наплавленном металле — электроды подразделяют на группы 1, 2 и 3 (табл. 15).
По видам покрытий электроды подразделяются на следующие виды: с кислым покрытием — индекс А; с основным покрытием — индекс В; с целлюлозным покрытием — индекс Ц; с рутиловым покрытием — индекс Р; с покрытием смешанного вида — соответствующее двойное условное обозначение; с прочими видами покрытий — индекс П. Если покрытие содержит железный порошна и количестве более 20%, к обозначению вида покрытия дона вляюг букву Ж.
Таблица 15. Электроды покрытые металлические для ручной дуговой сварки конструкционных сталей (выдержки из ГОСТ 94(57—75)
|
По допустимым пространственным положениям сварки или наплавки электроды подразделяют на четыре вида: для всех положений — индекс 1; для всех положений, кролю вертикального сверху вниз, — индекс 2; для нижнего, горизонтального на вертикальной плоскости и вертикального снизу вверх — индекс 3; для нижнего и нижпего в лодочку — индекс 4.
По роду и полярности применяемого при сварке или наплавке тока, а также номинальному напряжению холостого хода, используемого источника питания сварочной дуги переменного тока частотой 50 Гц электроды подразделяются па виды, указанные в табл. 10.
С учетом приведенных данных условное обозначение электродов должно содержать следующие данные, расположение которых указано иа рис. СУ: 1 — тип; 2 — марка; 3 — диаметр, мм; 4 —
назначение электродов; 5 — обозначепие толщины покрытия; 6 - группа электродов; 7 — группа индексов, указывающих характеристики наплавленного металла и металла шва по ГОСТ •>'.С,7-75, ГОСТ 10051-75 или ГОСТ 10052-75; 8 - обозначение вида покрытия; 9 — обозначение допустимых пространственны положений сварки или наплавки; 10 — обозначение рода применяемого при сварке или наплавке тока, полярности постояп - иого тока и номинального напряжения холостого хода источника питания сварочной дуги переменного тока чистотой 50 Гц; 11 — обозначение стандарта ГОСТ 9467—75; 12 — обозначение «гапдарта на типы электродов.
Таблица. 16. Обозначения видов электродов в зависимости от |мща и полярности сварочного тока
|
Такое полное условное обозначение должпо бт. тть указано на этикетках или в маркировке коробок, пачек и ящиков с электродами.
I to всех видах документации условное обозначение электродов должно состоять из марки, диаметра, группы электродов и обозначения стандарта ГОСТ 9466—75.
Так, например, для электродов типа Э46А (по ГОСТ 9467—75), марки УОНИ-13/45, диаметром 3 мм, для сварки углеродистых п низколегированных сталей У, с толстым покрытием Д, 2-й группы с установленной по ГОСТ 9467—75 группой индексов, указывающих характеристики наплавленного металла и металла ні на, с основным покрытием Б, для сварки во всех пространствен
Рис (id Структура уе - лнпипп) обозначения „лічсгродон согласно ГО» ГГ «ММі—75
пых положениях 1, на постоянном токе обратной полярности О полное обозначение будет иметь следующий вид:
Л-УОHtl-13/45-3,0-УД2 _ rQCT д466_75> гост g467-75,
а обозначение в технических документах:
электроды УОНИ-13/45-3,0-2 —ГОСТ 9466-75.
Сущность букв и цифр в знаменателе полного обозначения, х а р а к т е р и з у ю щи х свойства наплавленного металла, указана в ГОСТ 9467—75. В ГОСТ 9467—75 «Электроды покрытые металлические для ручной дуговой сварки конструкционных и теплоустойчивых сталей» регламентировано 14 типов электродов для сварки конструкционных сталей и 9 типов электродов для сварки теплоустойчивых сталей.
Для сварки конструкционных сталей тип электрода содержит букву Э, вслед за которой цифрами указана величина временного сопротивления при разрыве; например: Э38, Э42, Э50 ... Э150. У некоторых типов электродов после цифр поставлена буква А, что характеризует более высокие характеристики пластичности наплавленного металла (см. табл. 15). Электроды этого типа регламентированы только по характеристикам механических свойств (ов; б5; аа, угол загиба) и содержанию серы и фосфора в наплавленном металле.
Типы электродов для сварки теплоустойчивых сталей в своем обозначении содержат характеристики химического состава наплавленного металла; например: Э-09М; Э-09МХ; Э-09Х1М;
Э-05Х2М; Э-09Х2М1; Э-09Х1МФ; Э-10Х1М1НФБ и т. д. Стандарт регламентирует эти электроды как по химическому составу наплавленного металла, так и по его механическим свойствам (Ф>; ^5Ї ®н)-
Согласно требованиям ГОСТ 9467—75 в условном обозначении электродов для сварки углеродистых и низколегированных сталей с временным сопротивлением разрыву менее 60 кгс/мм2 в знаменателе (во второй строке — см. рис. 69) группа индексов, указывающих характеристики наплавленного металла, должна быть записана следующим образом: первые два индекса указывают минимальное значение величины ав (кгс/мм2), а третий индекс одновременно условно характеризует минимальные значения показателей ё6 и температуры Тх, при которой определяется ударная вязкость.
Таким образом, третья цифра будет означать: 0 — 65 < 20 и 7 не регламентированы; 1 — = 20 и 7 — 4 20 °С; 2 — 66 =
= 22 и 7 — 0°; 3 - б5 = 24 и Тх = -20 °С; 4 - б6 = 24 и тх = -30 °С; 5 - 6Б = 24 и 7 = -40 °С; 6 - 65 = 24 и Гх = = —50 °С; 7 — 6Ь = 24 и 7 = —60 °С. Если показатели 66 и 7 различны, то третий индекс соответствует минимальному значению показателя 65, а для Тх вводится дополнительно, в скобках, четвертый индекс, характеризующий показатель Тк. Так, например, для электродов УОИМ-13/45 этот показатель был 432 (5), что соответствует ов — 43 кгс/мм2; 65 = 22 кгсм/см - и 7 = -40 °С.
В условном обозначении электродов для сварки сталей с а„ > > СО кгс/мм2 группа индексов, обозначающих характеристики наплавленного металла и металла шва, указывает среднее содержание основных химических элементов в наплавленном металле и минимальную температуру, при которой ударная вязкость металла составляет не менее 3,5 кгс-м/см2. Эта запись включает: а) первый индекс из двузначного числа, соответствующего среднему содержанию углерода в сотых долях процента; б) последующие индексы, каждый из которых состоит из буквенного обозначения соответствующего химического элемента и стоящего за ним числа, показывающего среднее содержание элемента в наплавленном металле (с погрешностью до 1%); в) последний индекс, характеризующий минимальную температуру, при которой я„
Зг 3,5 кгс-м/см2.
У электродов для сварки теплоустойчивых сталей вслед за индексом, характеризующим ап, вводится дополнительный индекс, который указывает максимальную рабочую температуру, при которой регламентированы показатели длительной прочности наплавленного металла и металла шва (0 — ниже 450°; 1 — 450 — 465°; 2 — 470 — 485°; 3 - 490 - 505°; 4 - 510 - 525°; 5 - 530 - 545°; 6 - 550 - 565°; 7 - 570 - 585°; 8 - 590 - 600°; 9 — свыше 600 °С).
Так, например, электроды для сварки теплоустойчивых сталей типа Э-09Х1МФ по ГОСТ 9467—75 имеют маркировку
Э-09Х1МФ:^|0-410:тда _ гост g/t66_75i гост 9467-75,
ы Z / |)JA/
т. е. марка покрытия ЦЛ-20, диаметр 4 мм, сварка теплоустойчивых сталей Т, толстое покрытие Д, 3-я группа, 1 — 0 °С (индекс 2) и температура эксплуатации 570—585 °С (индекс 7), основное покрытие Б, сварка во всех пространственных положениях (индекс 1) на постоянном токе обратной полярности (индекс 0).
Органические соединения, используемые в покрытиях, — мука, крахмал, декстрин, целлюлоза, дают в основном только інзовую защиту. В качество шлакообразующих добавок используют рутил, титановый концентрат, марганцовую руду, окислы марганца и железа чаще в виде руд (гематита, марганцовой руды), алюмосиликаты (гранит), полевой шпат, карбонаты (мрамор) и т. д.
Газовая защита обеспечивается за счет разложения органических составляющих и в результате образования углекислого газа при диссоциации мрамора (СаС03) в процессе нагрева. Имеющиеся в покрытии ферросплавы связывают кислород, который отдают при нагревании шлакообразующие окислы, входящие в покрытие.
При плавлении кислых покрытий (А) большая часть введенных в них ферросплавов окисляется рудами; легирование металла кремнием и марганцем идет по схеме кремнсмарганцевосстаповн - тельного процесса; оно не позволяет легировать металл элемен - тами с большим сродством к кислороду. Образующиеся шлаки, обычно кислые, не содержат СаО и не очищают металл от фосфора. В наплавленном металле много растворенного кислорода и неметаллических включений.
В результате швы обладают пониженной стойкостью против горячих трещин, ударная вязкость металла шва обычно не превышает 12 кгс-м/см2. В связи с высоким содержанием в покрытии ферромарганца и окислов железа они более токсичны, так как аэрозоли в зоне сварки и зоне дыхания сварщика содержат большое количество вредных соединений марганца.
Основу рутиловых покрытий (Р) составляют шлакообразующий компонент — рутиловый концентрат ТЮ.2 (до 45%), а также алюмосиликаты (слюда, полевой шпат и др.) и карбонаты (мрамор, магнезит); ферромарганца в покрытии обычно меньше 10— 15%. Газовая защита обеспечивается введением органических соединений (до 5%), а также разложением карбонатов. Покрытия этого вида обеспечивают высокое качество металла шва, малотоксичны и обладают хорошими сварочно-технологическими свойствами.
Покрытия основного типа (Б) в качестве основы содержат карбонаты (мрамор, мел, магнезит) и плавиковый шпат; газовая защита обеспечивается разложением карбонатов. Металл раскисляется марганцем, кремнием, титаном, вводимыми в покрытие в виде ферросплавов, или алюминием, вводимым в виде порошка.
Эти покрытия слабо окислительные, поэтому позволяют легировать металл шва элементами с большим сродством к кислороду. Наличие большого количества соединений кальция, хорошо связывающих серу и фосфор и выводящих их в шлак, обеспечивает высокую чистоту наплавленного металла, его повышенные пластические свойства, а легирование марганцем и кремнием обеспечивает высокую прочность. Швы, выполненные такими электродами, обладают высокой стойкостью против образования горячих трещин и наиболее высокой (по сравнению с любыми другими покрытиями) ударной вязкостью. Величина ан составляет не менее 13 кгс-м/см2 и может достигать 25 кгс-м/см2.
При использовании этих электродов металл шва склонен к образованию пор при загрязнении кромок маслом и ржавчиной, а также при увеличении толщины покрытия и длины дуги.
На базе покрытий основного типа (Б) обычно составляют композиции покрытий электродов для сварки ответственных конструкций из низколегированных и углеродистых сталей, сред-
иолегировапных сталей и всех электроде» для сварки высоколегированных сталей.
Покрытия, наносимые на стержни слоем 0,8—1,5 мм па сторону, относятся к виду С или Д. Коэффициент массы покрытия электродов этого вида /»• 0,34-0,45, а для покрытия типа
тонкого (М) только 0,1. Покрытия кислого типа обеспечивают наплавленному металлу прочность и пластичность, соответствующую электродам піна 042 и выше. Электроды, дающие наплавленный металл по иы шейной пластичности, могут быть получены только при основном покрытии.
Типу Э38 соответствуют электроды с тонким стабилизирующим, чаще всего меловым покрытием. Коэффициент массы такого покрытия 0,03—0,05. Оно практически не защищает металл от воздействия воздуха и предназначено только для стабилизации дуги (прежде всего при переменном токе). Вследствие низких механических свойств металла шва, недостаточно стабильного горения дуги (но сравнению с толстопокрытыми электродами) и невысокой производительности электроды с меловым покрытием применяют очень редко.
11а основе электродов с особо толстым покрытием (Г) разработаны электроды для специальных целей.
В покрытие электродов для сварки глубоким проплавлением вводят повышенное количество органического вещества — целлюлозы (до 30%), рутила, карбонатов и железа. Покрытие наносят слоем повышенной толщины (коэффициент массы покрытия 0,8—1). В результате этого при сварке на торце электрода образуется глубокая втулка (рис. 70) из нерасилавившегося покрытия, что способствует направленному мощному потоку газов, выделяющихся в большом количестве при разложении органических веществ, а это обеспечивает оттеснение жидкого металла из-под дуги и более глубокое проплавление основного металла.
J введение в покрытие железного порошка до 20% (покрытие с индексом Ж) улучшает технологические свойства электродов (стабильность дуги, равномерность расплавления покрытия и др.). Мри содержании порошка до 60% повышается производительность сварки, так как в шов вводится дополнительный металл. Коэффициент массы покрытий таких электродов составляет It = 1,2-j-l,8.
Для сварки лежачим и наклонным электродом применяют удлиненные электроды (до 2 м) диаметром до 8 мм. Покрытие этих электродов обычно также имеет повышенную толщину.
Одному и тому же типу электрода могут соответствовать электроды с покрытиями различного вида и различным составом стержня. Покрытия одного вида могут иметь различный состав.
Конкретный состав покрытия и стерши» в данном электроде определяет так называемая марка электрода. Обозначения марок часто содержат начальные буквы названия организации, в которой были разработаны электроды, и порядковый помер.
Электроды для сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами должны удовлетворять требованиям ГОСТ 10052—75. Большое разнообразие служебного назначения этих сталей определяет и большой типаж электродов для их сварки. Стандартом предусмотрено 49 типов электродов для сварки хромистых и хромоникелевых сталей, коррозионно-стойких, жаропрочных и жаростойких высоколегированных сталей мартенситно - ферритного, ферритного, аустенитно ферритного и аустенитного классов.
В основу классификации электродов по тину положены химический состав наплавленного металла и механические свойства. Для некоторых типов электродов нормируется также содержание в структуре металла шва ферритной фазы, его стойкость против межкристаллитной коррозии и максимальная температура, при которой регламентированы показатели длительной прочности металла шва.
Обозначения типов электродов состоят из индекса Э (электроды для дуговой сварки) и следующих за ішлі цифр и букв. Две цифры, следующие за индексом, указывают среднее содержание углерода в наплавленном металле в сотых долях процента. Цифры, следующие за буквенными обозначениями химических элементов, показывают среднее значение элемента в про - центах (табл. 17).
Если содержание элемента в наплавленном металле менее 1,5%, цифры не проставляют. При среднем содержании в наплавленном металле кремния до 0,8% и марганца до 1,0% буквы С и Г не ставят (см., например, тип Э-12Х11НВМФ в табл. 17).
Показатели механических свойств приведены в состоянии после сварки либо после термообработки.
С учетом требований ГОСТ 9466—75 полное обозначение электродов этого типа, например Э-10Х25Н13Г2Б с покрытием марки
ствами В, с толстым покрытием Д, 1-й группы, с установленной по ГОСТ 10052—75 группой индексов, характеризующих наплавленный металл 2075 (2 — стойкость металла против межкристал - литной коррозии при испытании по методу AM; 0 — требований по максимальной рабочей температуре наплавленного металла и металла шва нет; 7 — максимальная рабочая температура сварных соединений 910—1000° С, до которой допускается применение электродов при сварке жаростойких сталей, 5 — содержание ферритной фазы в наплавленном металле 2—10%).
Если структура наплавленного металла не двухфазная (A - f Ф), числовой индекс, характеризующий наплавленный металл, будет содержать только три цифры. Далее Б означает основное покрытие, цифра 3 — пригодность для сварки в нижнем горизонтальном на вертикальной плоскости и в вертикальном снизу вверх положении, О — для сварки на постоянном токе обратной поляр ности.
Существует также стандарт на электроды для наплавки ГОСТ 10051—75 «Электроды металлические для дуговой наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами», который регламентирует 43 типа электродов для наплавочных работ. В этом стандарте регламентирован химический состав наплавленного металла и его твердость. Особенности обозначения этих электродов видны
Э-10ГЗ
Э-15Г5
Э-35Х9СЗ
Э-80Х4С
Э-65Х11НЗ
Э-КЮХ12М
Э-320Х23С2ГТР
Э-350Х26Г2Р2СТ
0-225X1 ОПИС Э-09Х31Н8ЛМ2 Э-200Х 29Н6Г2
їїii примера, приведенного в табл. 18. Так, например, электрод О 63Х11НЗ означает электрод наплавочный, со средним содержанием 0,65% С, 11% Сг, 3% N1, дающий наплавленный металл в твердостью не ниже 25—33 единиц по шкале С Роквелла (HRC).
Принцип обозначения химического состава наплавленного металла прежний — углерод дан в сотых долях процента, среднее содержание основных химических элементов указано с точностью до 1% после следующих буквенных символов: А — азот, 1> — ниобии, В — вольфрам, Г — марганец, К — кобальт, М — молибден, II — никель, Р — бор, С — кремний, Т — титан, Ф — ванадий, X — хром. Показатели твердости наплавленного металла в зависимости от типа электрода даны либо в исходном после наплавки состоянии, либо после термообработки.
Для характеристики твердости наплавленного металла пред усмотрено два цифровых индекса: первая цифра характеризует інордость (0 — не менее HRC 19; 1 — IIRC 19—27; 2 — HRC 28 33; 3 - J1RC 34-38; 4- IIПС 39-44; 5 - IIRC 45-50; (i - IIRC 51-56; 7 - IIRC 57-60; 8 - IIRC 61-63; 9 - свыше IIRC 63); вторая цифра показывает условия получения регламен тируемой твердости (1 — в состоянии после наплавки, 2 — после гермообработки). С учетом сказанного и согласно ГОСТ 9466—75. например, электрод типа Э-10ГЗ будет иметь полное обозначение в следующем виде:
Э-10ГЗ-ОЗН -30 О УЛ, 0- IIД1
Е-300/2І В40
и в технических документах электроды:
ОЗН - ЗООУ - 4,0 - 1 - ГОСТ 9466 75.
Здесь указано: тип электрода З-ЮГЗ по ГОСТ 10051—75, марки ОЗН — ЗООУ, диаметром 4 мм, для панлавки поверхностных слоев с особыми свойствами (Н), с толстым покрытием Д, 1 ii группы с установленной по ГОСТ 10051—75 группой индексов, указывающих характеристики наплавленного металла 300/2—1, что означает среднюю твердость IIВ 300 (индекс 2) в исходном состоянии после наплавки (индекс 1), с основным покрытием (Б), для наплавки в нижнем положении (4) па постоянном токе обратной полярности (О).
Ввиду малого объема применения электродов для ручной сварки меди и ее сплэеов, алюминия и алюминиевых сплавов ГОСТов на них нет.
Металлические стержни электродов для сварки меди и ее сплавов изготовляют из сварочной проволоки и прутков согласно ГОСТ 16130—72 или литых стержней другого состава. В состав покрытия могут входить такие же компоненты, как и в покрытия электродов для сварки сталей (шлакообразующие, раскис л июли и т. д.). Сухую шихту также замешивают на жидком стекле.
ИЗ
Металлические стержни электродов для сварки алюминия и его сплавов изготовляют из сварочной проволоки (ГОСТ 7871—75). Основу покрытия составляют галлоидные соли щелочных и щелочноземельных металлов и криолит. Сухую шихту замешивают на воде или водяном растворе поваренной соли, так как при использовании жидкого стекла ввиду его химического взаимодействия с компонентами шихты замес быстро твердеет. Кроме того, кремний, восстанавливаясь из жидкого стекла в металл шва, ухудшает его свойства.
Металлические стержни электродов для сварки чугуна могут быть стальными, из медно-никелевых сплавов, комбинированными (медпо-стальными, железоппкелевыми). Б этих случаях для покрытия электродов используют тс же компоненты, что и для сталгиьтх электродов. В покрытие электродов со стальным стержнем вводят углерод, кремний и другие графитизаторы, титан, ванадий и т. п. как карбидообразующие. Применяют и электроды, металлические стержни которых изготовляют из чугуна, отлитого в кокиль или песчаную форму. Сухие компоненты покрытия замешивают на жидком стекле. При изготовлении электри - дов для сварки меди, алюминия и чугуна покрытие на мсталло- ческий стержень наносят методом окунания.