2020-04-12
125
Сварочные покрытые электроды для дуговой сварки. Виды, обозначение, параметры электродов.
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 20 - 30 мм освобожден от покрытия для зажатия его в электрододержателе с целью обеспечения электрического контакта. Торец другого конца очищают от покрытия для возможности возбуждения 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).
Шлакообразующие составляющие защищают расплавленный металл от воздействия кислорода и азота воздуха и частично рафинируют (очищают) его. Они образуют шлаковые оболочки вокруг капель электродного металла, проходящих через дуговой промежуток, и шлаковый покров на поверхности металла шва. Шлакообразующие составляющие уменьшают скорость охлаждения металла и способствуют выделению из него неметаллических включений. Шлакообразующие составляющие могут включать в себя титановый концентрат, марганцевую руду, полевой шпат, каолин, мел, мрамор, кварцевый песок, доломит, а также вещества, повышающие стабильность горения дуги.
|
|
|
Газообразующие составляющие при сгорании создают газовую защиту, которая предохраняет расплавленный металл от кислорода и азота воздуха. Газообразующие составляющие состоят из карбонатов, древесной муки, крахмала, пищевой муки, декстрина и целлюлозы.
Раскисляющие составляющие необходимы для раскисления расплавленного металла сварочной ванны. К ним относятся элементы, которые обладают большим сродством к кислороду, чем железо, например, марганец, кремний, титан, алюминий и др. Большинство раскислителей вводится в электродное покрытие в виде ферросплавов.
Легирующие составляющие необходимы в составе покрытия для придания металлу шва специальных свойств: жаростойкости, износостойкости, сопротивляемости коррозии и повышения механических свойств. Легирующими элементами служат марганец, хром, титан, ванадий, молибден, никель, вольфрам и некоторые другие элементы.
Стабилизирующими составляющими являются те элементы, которые имеют небольшой потенциал ионизации, например калий, натрий и кальций.
Связующие составляющие применяют для связывания составляющих покрытия между собой и со стержнем электрода. В качестве них применяют калиевое или натриевое жидкое стекло, декстрин, желатин и другие. Основным связующим веществом служит жидкое стекло.
|
|
|
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 СО2, и шлаковую защиту в виде СаО и т. д.
Покрытие толстых электродов оказывает существенное влияние на весь процесс сварки. Поэтому общие требования к ним при 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 опиранием, 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.
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 σв < 600 МПа - У (условное обозначение); для сварки легированных конструкционных сталей с σв > 600 МПа - 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 (D/d < 1,2) присвоен индекс М; со средним покрытием (1,2 < D/d < 1,45) - С; с толстым покрытием (1,45 <="" 1,8)="" -="" Д;="" с="" особо="" толстым="" покрытием="" (d="">1,8) - Г.
В зависимости от требований к качеству электродов - точности изготовления, состоянию поверхности покрытия, сплошности полученного данными электродами металла шва и содержанию серы и фосфора в наплавленном металле - электроды подразделяют на группы 1, 2 и 3 (таблица 2).
| Типы электродов | Механические свойства металла шва при нормальной температуре | Предельное содержание в наплавленном металле, % | ||||||||||||
| Металла шва или наплавленного металла | Сварного соединения, выполненного электродами диаметром менее 3 мм | |||||||||||||
|
| Временное сопротивление разрыву σв, МПа
| Относительное удлинение δ5, % | Ударная вязкость КС, МДж/м2 | Временное сопротивление разрыву σв, МПа | Угол изгиба, град. | серы | фосфора | |||||||
| Группа электродов по ГОСТ 9466-75 | ||||||||||||||
| Не менее | 1 | 2 | 3 | 1 | 2 | 3 | ||||||||
| Э38 | 380 | 14 | 0,30 | 380 | 60 | |||||||||
| Э42 | 420 | 18 | 0,80 | 420 | 120 | 0,045 | 0,040 | 0,035 | 0,050 | 0,045 | 0,040 | |||
| Э46 | 460 | 18 | 0,80 | 460 | 120 | |||||||||
| Э50 | 500 | 16 | 0,60 | 500 | 90 | |||||||||
| Э42А | 420 | 22 | 1,40 | 420 | 180 | |||||||||
| Э46А | 460 | 22 | 1,40 | 460 | 120 | |||||||||
| Э50А | 500 | 20 | 1,30 | 500 | 150 | 0,035 | 0,030 | 0,025 | 0,040 | 0,035 | 0,030 | |||
| Э55 | 550 | 20 | 1,20 | - | - | |||||||||
| Э60 | 600 | 18 | 0,60 | - | - | |||||||||
| Э70 | 700 | 14 | 0,60 | - | - | |||||||||
| Э85 | 850 | 12 | 0,50 | - | - | |||||||||
| Э100 | 1000 | 10 | 0,50 | - | - | 0,035 | 0,30 | 0,25 | 0,40 | 0,035 | 0,035 | |||
| Э125 | 1250 | 6 | 0,40 | - | - | |||||||||
| Э150 | 1500 | 5 | 0,40 | - | - | |||||||||
| Таблица 2 - Механические свойства металла шва и предельное содержание серы и фосфора по группам (ГОСТ 9467-75) | ||||||||||||||
По видам покрытий электроды подразделяются на следующие виды: с кислым покрытием - индекс А; с основным покрытием - Б; с целлюлозным покрытием - Ц; с рутиловым покрытием - Р; с покрытием смешанного вида - соответствующее двойное условное обозначение; с прочими видами покрытий - П. Если покрытие содержит железный порошок в количестве более 20 %, к обозначению вида покрытия добавляют букву Ж.
По допустимым пространственным положениям сварки или наплавки электроды подразделяют на четыре вида: для всех положений - индекс 1; для всех положений, кроме вертикального сверху вниз, - индекс 2; для нижнего, горизонтального на вертикальной плоскости и вертикального снизу вверх - индекс 3; для нижнего и нижнего 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 на виды, указанные в таблице 3.
|
|
|
| Рекомендуемая полярность постоянного тока | Напряжение холостого хода источника тока, В | Обозначение электродов | ||
| Номинальное | Пред. отклонение | |||
| Обратная | - | - | 0 | |
| Любая Прямая Обратная | 50 | ±5 | 1 2 3 | |
| Любая Прямая Обратная | 70 | ±10 | 4 5 6 | |
| Любая Прямая Обратная | 90 | ±5 | 7 8 9 | |
| Таблица 3 - Обозначение видов электродов в зависимости от рода и полярности сварочного тока | ||||
С учетом приведенных данных условное обозначение электродов должно содержать следующие данные, расположение которых указано на рисунке 23.
Такое полное условное обозначение должно быть указано на этикетках или в маркировке коробок, пачек и ящиков с электродами.
Во всех видах документации условное обозначение электродов должно состоять из марки, диаметра, группы электродов и обозначения стандарта ГОСТ 9466-75.
Рисунок 23 - Структура условного обозначения электродов согласно ГОСТ 9466-75
1 - тип; 2 - марка; 3 - диаметр, мм; 4 - назначение электродов; 5 - обозначение толщины покрытия; 6 - группа электродов; 7 - группа индексов, указывающих характеристики наплавленного металла и металла шва по ГОСТ 9467-75, ГОСТ 10051-75 или ГОСТ 10052-75; 8 - обозначение вида покрытия; 9 - обозначение допустимых пространственных положений сварки или наплавки; 10 - обозначение рода применяемого при сварке или наплавке тока, полярности постоянного тока и номинального напряжения холостого хода источника питания сварочной дуги переменного тока частотой 50 Гц; 11 - обозначение стандарта ГОСТ 9467-75;12 - обозначение стандарта на типы электродов
Так, например, для электродов типа Э46А, марки УОНИ 13/45, диаметром 3 мм, для сварки углеродистых и низколегированных сталей У, с толстым покрытием Д, 2-ой группы с установленной по ГОСТ 9467-75 группой индексов, указывающих характеристики наплавленного металла и металла шва, с основным покрытием Б, для сварки во всех пространственных положениях 1, на постоянном токе обратной полярности О полное обозначение будет иметь следующий вид:
Э46А - УОНИ-13/45-3.0-УД2 - ГОСТ 9466-75, ГОСТ 9467-75,
Е -432 (5)-Б10
а обозначение в технических документах:
- электроды УОНИ-13/45-3,0-2 - ГОСТ 9466-75.
Согласно требованиям ГОСТ 9467-75 в условном обозначении электродов для сварки углеродистых и низколегированных сталей с временным сопротивлением разрыву менее 600 МПа в знаменателе группа индексов, указывающих характеристики наплавленного металла, должна быть записана следующим образом: первые два индекса указывают минимальное значение величины σв, а третий индекс одновременно условно характеризует минимальные значения показателей δ5 и температуры Тх, при которой определяется ударная вязкость.
Таким образом, третья цифра будет означать: 0 - δ5 < 20 и Тх не регламентированы; 1 - δ5= 20 и Тх = +20 °С; 2 - δ5= 22 и Тх = 0 °С; 3 - δ5 = 24 и Тх = -20 °С; 4 - δ5 = 24 и Тх = -30 °С; 5 - δ5 = 24 и Тх = -40 °С; 6 – δ5 = 24 и Тх = -50 °С; 7 - δ5 = 24 и Тх = - 60 °С. Если показатели δ5 и Тх различны, то третий индекс соответствует минимальному значению показателя δ5, а для Тх вводится дополнительно, в скобках, четвертый индекс, характеризующий показатель Тх. Так, например, для электродов У ОНИ-13/45 этот показатель был 432 (5), что соответствует σв - 430 МПа; δ5 = 22 % и Тх = -40 °С.
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 Э42, Э50... Э150. У некоторых типов электродов после цифр поставлена буква А, что характеризует более высокие характеристики пластичности наплавленного металла. Электроды этого типа регламентированы только по характеристикам механических свойств (σв, δ5 αн) 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-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 (σв, δ5 αн). Обозначения типов электродов состоят из индекса Э (электроды для дуговой сварки) и следующих за ним 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 процентах.
В условном обозначении электродов для сварки сталей с σв > 600 МПа 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 0,35 МДж/м.
У электродов для сварки теплоустойчивых сталей вслед за индексом, характеризующим αн, вводится дополнительный индекс, который указывает максимальную рабочую температуру, при которой регламентированы показатели длительной прочности наплавленного металла и металла шва (0 - ниже 450 °С; 1 - 450 - 465 °С; 2 - 470 - 485 °С; 3 - 490 - 505 °С; 4 - 510 - 525 °С; 5 - 530 - 545 °С; 6 - 550 - 565 °С; 7 - 570 - 585 °С; 8 - 590 - 600 °С; 9 - свыше 600 °С).
Так, например, электроды для сварки теплоустойчивых сталей типа Э-09Х1МФ по ГОСТ 9467-75 имеют маркировку
Э-09Х1МФ-ЦЛ-20-4,0-ТДЗ - ГОСТ 9466-75, ГОСТ 9467-75,
Е-27-Б10
т. е. марка покрытия ЦЛ-20, диаметр 4 мм, сварка теплоустойчивых сталей Т, толстое покрытие Д, 3-я группа, Тх = 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).
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 типу положены химический состав наплавленного металла и механические свойства. Для некоторых типов электродов нормируется также содержание в структуре металла шва ферритной фазы, его стойкость против межкристал- литной коррозии и максимальная температура, при которой регламентированы показатели длительной прочности металла шва.
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 ЦЛ-9, имеет следующий вид:
Э-10Х25Н13Г2Б-ЦЛ-9-5.0-ВД1 - ГОСТ9466-75, ГОСТ 10052-75,
Е-2075-Б30
а в технической документации: электроды ЦЛ-9-5,0-1 - ГОСТ 9466-75.
Это обозначение имеет следующие данные: электроды типа Э- 10Х25Н13Г2Б по ГОСТ 10052-75, марки ЦЛ-9, диаметром 5 мм для сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами В, с толстым покрытием Д, 1-ой группы, с установленной по ГОСТ 10052-75 группой индексов, характеризующих наплавленный металл 2075 (2 - стойкость металла против межкристаллитной коррозии; 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 (А + 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, 0 - для сварки на постоянном токе обратной полярности.
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.
Принцип обозначения химического состава наплавленного металла прежний: среднее содержание основных химических элементов указано с точностью до 1 % после следующих буквенных символов: А - азот, Б - ниобий, В - вольфрам, Г - марганец, К - кобальт, М - молибден, Н - никель, Р - бор, С - кремний, Т - титан, Ф - ванадий, Х - хром.
Для характеристики твердости наплавленного металла предусмотрено два цифровых индекса: первая цифра характеризует твердость (0 - не менее HRC 19; 1 - HRC 19-27; 2 - HRC 28-33; 3 - HRC 34-38; 4 - HRC 39-44; 5 - HRC 45-50; 6 - HRC 51-56; 7 - HRC 57-60; 8 - HRC 61-63; 9 - свыше HRC 63); вторая цифра показывает условия получения регламентируемой твердости (1 - в состоянии после наплавки, 2 - после термообработки). С учетом сказанного и согласно ГОСТ 9466-75, например, электрод типа Э-10ГЗ будет иметь полное обозначение в следующем виде:
Э-10ГЗ-ОЗН-ЗООУ-4.0-НД1 - ГОСТ 9466-75, ГОСТ-10051-75
Е-300/2-1-Б40
и в технических документах электроды:
ОЗН-ЗООУ-4,0-1 - ГОСТ 9466-75.
Здесь указано: тип электрода Э-10ГЗ по ГОСТ 10051-75, марки ОЗН-ЗООУ, диаметром 4 мм, для наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами (Н), с толстым покрытием Д, 1-ой группы с установленной по ГОСТ 10051-75 группой индексов, указывающих характеристики наплавленного металла 300/2-1, что означает среднюю твердость НВ 300 (индекс 2) в исходном состоянии после наплавки (индекс 1), с основным покрытием (Б), для наплавки в нижнем положении (4) на постоянном токе обратной полярности (0).
Ввиду малого объема применения электродов для ручной сварки меди и ее сплавов, 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, раскислители и т. д.). Сухую шихту также замешивают на жидком стекле.
Металлические стержни электродов для сварки алюминия и его сплавов изготовляют из сварочной проволоки (ГОСТ 7871-75). Основу покрытия составляют галоидные соли щелочных и щелочноземельных металлов и криолит. Сухую шихту замешивают на воде или водном 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 (медно-стальными, железоникелевыми). В этих случаях для покрытия электродов используют те же компоненты, что и для стальных 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 электродов для сварки меди, алюминия и чугуна покрытие на металлический стержень наносят методом окунания.
