Сварочные материалы

«Сварочные материалы»

 

К сварочным материалам относятся электроды, сварочная присадочная проволока, флюсы и защитные газы.

Неплавящиеся электроды. Изготавливают неплавящиеся электроды из чистого вольфрама или вольфрама с активирующими присадками из оксидов тория, иттрия, лантана. Вольфрамовые электроды предназначены для электродуговой сварки в среде инертных газов, для плазменной сварки и резки и для плазменного напыления.

Добавки к вольфрамовым электродам оксидов лантана, тория или иттрия облегчают зажигание дуги, увеличивают устойчивость дугового разряда.

Вольфрамовые электроды маркируют буквами и цифрами, например: ЭВЧ — электрод вольфрамовый чистый, ЭВЛ-20 — электрод вольфрамовый лантанированный, ЭВТ-15 — электрод вольфрамовый торированный, ЭВИ-30 — электрод вольфрамовый иттрированный.

Цифры указывают содержание оксидов лантана, тория или иттрия в десятых долях процента.

Вольфрамовые электроды изготавливают диаметром 0,2... 12 мм. Активированные вольфрамовые электроды применяют для сварки как на переменном, так и на постоянном токе. Вольфрамовые электроды используют для сварки черных и цветных металлов и легких сплавов.

Сварочная проволока сплошного сечения. При дуговой сварке под флюсом, в защитны^ газах, а также при электрошлаковой сварке применяют сварочную проволоку без покрытия. Поверхность сварочной проволоки должна быть чистой и гладкой, без окалины, ржавчины, масла и других загрязнений. Омеднение снижает коррозию проволоки и улучшает электрический контакт ее с токоподводящим устройством.

На сварочную проволоку разработаны следующие стандарты: ГОСТ 2246—70 «Проволока стальная сварочная» и ГОСТ 10543— 98 «Проволока стальная наплавочная». Имеются также стандарты на проволоки для сварки алюминиевых, никелевых, медных сплавов и т.п.

Обозначения проволок могут быть полными и краткими. Полное обозначение сварочной проволоки содержит сведения о ее диаметре, назначении (для сварки или наплавки), марке (химическом составе), способе выплавки (ВИ — вакуумно-индукционный, ВД — вакуумно-дуговой или Ш — электрошлаковый) и состоянии поверхности (О — омедненная).

Пример обозначения.

Проволока сварочная 4 Св-08ГСМФА-ВИ-Э-0 ГОСТ 2246—70.

Указанная запись означает, что проволока является сварочной, имеет диаметр 4 мм и марку 08ГСМФА. Проволока выплавлена вакуумноиндукционным способом, является электродной и имеет медное покрытие. Проволока изготовлена согласно ГОСТ 2246—70.

В кратком обозначении стальной проволоки указывают ее назначение «Св», т.е. «сварочная проволока», затем содержание углерода в сотых долях процента и примерное содержание легирующих элементов. Если после цифры указаны одна или две буквы А, то это говорит о более высокой степени чистоты проволоки по содержанию примесей (серы и фосфора).

Например: Св-08 — сварочная проволока с содержанием углерода около 0,08 %, примесей серы не более 0,04 % и фосфора не более 0,04 %; соответственно для сварочной проволоки Св-08А — S < 0,03%, Р < 0,03% и для проволоки Св-08АА — S < 0,02%, Р < 0,02 %.

Стальные проволоки для наплавки обозначают буквами Нп. Например, проволока ЗНп-105Х по ГОСТ 10543—98: первая цифра указывает диаметр проволоки в миллиметрах (3 мм), далее — содержание углерода (около 1,05%) и хрома (около 1%).

Предельное содержание углерода в сварочной проволоке составляет 0,18%, тогда как в наплавочной проволоке его содержание может быть более 1 %.

Порошковая проволока. Такая проволока представляет собой трубку сложного внутреннего сечения, заполненную порошкообразным наполнителем. Наполнитель имеет состав, соответствующий покрытиям основного типа. Масса порошкообразного наполнителя составляет 15...40% массы проволоки. Порошок, входящий в состав порошковой проволоки, при расплавлении электрической дугой выполняет следующие функции:

обеспечивает газовую и шлаковую защиту сварочной ванны от воздействия окружающей среды;

способствует раскислению сварочной ванны; легирует сварной шов; стабилизирует дуговой разряд; рафинирует сварной шов.

Порошковая проволока пригодна для сварки сталей любого класса легирования и для наплавки слоев с особыми свойствами. Порошковую проволоку изготавливают из стальной ленты.

Краткую маркировку порошковой проволоки для сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей осуществляют буквами ПП (порошковая проволока), АН (академия наук) и цифрами 1; 3; 7 (номер серии разработки), например: ПП-АН 1, ПП- АНЗ, ПП-АН7.

Порошковые проволоки для сварки легированных сталей также маркируют буквами ПП и, кроме того, буквами и цифрами, обозначающими степень легирования стали (например, ПП- 1Х14Т, ПП-25Х5ФМС — порошковые проволоки для сварки легированной стали соответственно 1Х14Т и 25Х5ФМС).

По способу защиты порошковые проволоки подразделяют на самозащитные и используемые с дополнительной защитой газом С02 или флюсом. Самозащитные проволоки применяют как для производства сварных конструкций, так и для наплавки деталей. Порошковые проволоки, используемые с дополнительной защитой, применяют в основном для наплавочных работ.

Полное обозначение порошковой проволоки содержит сведения о ее диаметре, условиях применения (газозащитная — ПГ или самозащитная — ПС), пределе текучести (кгс/мм2), категории химического состава (А, В или С), ударной вязкости (индексы Р, К или 0—6) и условиях применения в зависимости от пространственного положения (Н — нижнее, Г — нижнее и горизонтальное, В — нижнее, горизонтальное и вертикальное, ГП — горизонтальное с принудительным формированием соединения, ВП — вертикальное с принудительным формированием или УП — все положения с принудительным формированием).

Пример обозначения:

ПП-АН30С-2.3-ПС-54-А-3-УП ГОСТ 26271-84.

Указанная запись означает, что проволока является порошковой са- мозащитной марки АНЗОС и имеет диаметр 2,3 мм. Проволока имеет предел текучести 54 кгс/мм2, категорию химического состава А, индекс ударной вязкости 3 (обеспечение требуемой ударной вязкости при температуре до -30 °С) и предназначена для сварки в любом пространственном положении с принудительным формированием соединения. Проволока изготовлена по ГОСТ 26271—84.

Порошковые проволоки для сварки углеродистых и низколегированных сталей выпускают по ГОСТ 26271—84, для наплавки — по ГОСТ 26101—84. Порошковые наплавочные ленты поставляют по ГОСТ 26467—85.

Покрытые электроды. Электроды для ручной дуговой сварки представляют собой стальные стержни длиной до 450 мм, изготовленные из сварочной проволоки, на поверхность которых нанесено покрытие различной толщины. Один конец длиной 20... 30 мм освобождается от покрытия для электрического контакта с электрододержателем.

Покрытие предназначено для повышения устойчивости горения дуги, образования комбинированной газошлаковой защиты, легирования, рафинирования и раскисления металла сварного шва.

Для изготовления покрытий применяют следующие компоненты: газообразующие, легирующие, ионизирующие, стабилизирующие и связующие элементы и формовочные добавки.

Для повышения производительности сварки в покрытие электрода добавляют железный порошок до 60 % от массы покрытия.

При сварке покрытыми электродами всех типов имеет место устойчивое горение дуги, формирование шва без дефектов, получение металла шва с определенным химическим составом и свойствами. Кроме того, электроды обязаны обеспечивать спокойное и равномерное плавление электродного стержня и покрытия в процессе сварки, минимальные потери электродного металла на угар и разбрызгивание, высокую производительность сварки, легкую отделимость шлаковой корки с поверхности шва, минимальную токсичность выделяемых при плавлении покрытий газов и др.

Технологические характеристики покрытых электродов следующие.

Коэффициент расплавления, г/(А ч):

 

α_Р = Gp/(I_CBt),

 

где Gp — масса расплавленного металла электрода, г; Iсв — сила сварочного тока, A; t — продолжительность горения дуги, ч.

Для электродов, содержащих в покрытии железный порошок:

 

Gp= Gст.эл +Gдоп. мат

 

где Gст.эл — масса расплавленного металла от электродного стержня, г; Gдоп. мат — масса расплавленного металла от покрытия, г.

 

Коэффициент наплавки, г/(А-ч):

 

αн = G_H/ (Iсв t),

 

где G_H — масса наплавленного металла, г.

Коэффициент потерь на угар и разбрызгивание, %:

Все перечисленные коэффициенты определяют экспериментальным путем.

Электроды для ручной дуговой сварки классифицируют по следующим основным признакам:

по назначению: для сварки стали, чугуна, алюминия, для наплавочных работ и т. п.;

типу покрытия: целлюлозные, рутиловые, фтористокальциевые, ильменитовые, рудно-кислые и т.д.;

механическим свойствам металла шва;

способу нанесения покрытия: окунанием или опрессовкой;

количеству покрытия, нанесенного на стержень: голые, тонкопокрытые и толстопокрытые.

Электроды для сварки и наплавки в зависимости от назначения подразделяют на ряд классов: для сварки сталей углеродистых (У), легированных (Л), легированных теплоустойчивых (Т), высоколегированных с особыми свойствами (В) и для наплавки (Н).

ГОСТ 9467—75 устанавливает следующие виды покрытий электродов для сварки конструкционных и теплоустойчивых сталей: кислое (А), основное (Б), целлюлозное (Ц), рутиловое (Р), прочие покрытия (П).

Во всех видах технической документации условное обозначение электродов должно состоять из марки, диаметра, группы электродов и указания номера стандартов (ГОСТ 9466—75 и ГОСТ 9467—75).

Обозначение типа электрода для сварки конструкционных сталей содержит букву Э, вслед за которой цифрами указана величина временного сопротивления при разрыве (кгс/мм2), например: Э42, Э50, Э150. Буква А, расположенная вслед за цифрами, характеризует более высокие характеристики пластичности наплавленного металла, например Э46А.

Полное обозначение электродов содержит ряд индексов.

Пример обозначения

Э42А-У0НИ-13/45-3,0-УД 2         ГОСТ 9466-75

Е-412(5)Б10                                           ГОСТ 9467-75

 

Указанное обозначение означает, что электроды имеют тип Э42А по ГОСТ 9467—75, марку УОНИ-13/45, диаметр 3,0 мм, покрытие толстое (Д) основного типа (Б). Электроды относятся ко 2-й группе качества с установленной по ГОСТ 9467—75 группой индексов, указывающих характеристики наплавленного металла [41, 2, (5)] и предназначены для сварки углеродистых сталей (У). Сварка может выполняться во всех пространственных положениях (1) на постоянном токе обратной полярности (О).

Допускается применять краткое обозначение электродов, например УОНИ-13/45-3,0-2-Г0СТ 9466-75.

Марки электродов с различными видами покрытий указаны в табл. 1.3. Вид покрытия существенно влияет на механические характеристики получаемого соединения (табл. 1.4).

Сварочные флюсы. Сварочными флюсами называют специально приготовленные неметаллические гранулированные порошки с размером отдельных зерен 0,25...4 мм. В расплавленном состоянии флюсы создают газовый и шлаковый купола над зоной сварочной дуги, а после прохождения химико-металлургических взаимодействий в сварочной ванне образуют на поверхности шва шлаковую корку, в которую выводятся различные вредные примеси: оксиды, соединения серы и фосфор.

Сварочные флюсы выполняют те же функции, что и порошки в составе порошковой проволоки и покрытия электродов.

Сварочные флюсы классифицируют по различным признакам:

по назначению: для сварки углеродистых сталей, легированных сталей, цветных металлов, электрошлаковой сварки;

 

Таблица 1.3. Марки электродов с различными видами покрытий

Вид покрытия	Марки
Кислое	ОММ-5, ЦМ-7, ЦМ-8, МЭЗ-04
Основное	УОНИ-13/45, УОНИ-13/45А, УОНИ-13/55, УОНИ-13/55К, УОНИ-13/65, СМ-11, АНО-7, АНО-8, АНО-9, АНО-11, АНО-26, АНО-ЗО
Целлюлозное	ВСП-1, ВСП-2, ВСП-3, ВСЦ-1, ВСЦ-2, ВСЦ-4, ВСЦ-4А, ЦУ-1
Рутиловое	АНО-3, АНО-4, АНО-12, АНО-14, МР-1, МР-3, ОЗС-4, ОЗС-9, ОЗС-12, 03С-23, ЦМ-9, РБУ-4

 

содержанию кремния: высококремнистые (Si02 45...50 %), низкокремнистые (Si02 30... 35 %) и бескремнистые (Si02 менее 4 %);

содержанию марганца: марганцевые (Мп более 1 %) и безмарганцевые (Мп менее 1 %);

способу изготовления: плавленые и неплавленые (керамические);

размерам зерен: обычные (размер зерен до 3 мм) и мелкие (размер зерен до 1,6 мм);

химическому составу: оксидные (из оксидов металлов), солевые (из фторидов, хлоридов и элементов, не содержащих кислород) и оксидно-солевые (из фторидов и оксидов металлов).

По химическому составу оксидные флюсы подразделяют на кислые, содержащие SiO₂ и ТiO₂, и основные, содержащие МgО и СаО.

 

Таблица 1.4. Механические характеристики сварных швов в зависимости от вида покрытия электродов

Вид покрытия	δ, %	Поперечное сужение ψ, %	KCV, Дж/см2, при температуре, °С
			+20	-20
Кислое	14...18	45... 50	50...80	25... 60
Основное	22...35	62... 70	150...250	100... 180
Целлюлозное	16...25	55...65	80... 150	60...90
Рутиловое	18...23	50...60	80... 180	50... 80

 

Легирование металла шва марганцем и кремнием через флюс повышает стойкость сварного шва против трещин и пор, а также увеличивает прочность сварного соединения.

Плавленые флюсы поставляют по ГОСТ 9087—81. Флюсы АН- 348А, ОСЦ-45, ОСЦ-45М, АН-348М, АН-60 применяют при сварке низкоуглеродистых и низколегированных сталей, ФЦ-9 — при сварке легированных сталей, АН-22, АН-26 — при сварке высоколегированных сталей, АН-8 — при электрошлаковой сварке.

Керамические флюсы обладают хорошими сварочно-технологическими свойствами, но чувствительны к колебаниям режима сварки. Керамические флюсы дороже плавленых, поэтому чаще всего их применяют для сварки высоколегированных сталей или для наплавки слоя с особыми свойствами. Керамические флюсы применяют также для легирования наплавленного металла. Керамические флюсы поставляют по ГОСТ 28555—90.

При сварке низколегированных сталей наибольшее распространение получили керамические флюсы К-11, КВС-19.

Защитные газы. Подразделяются защитные газы на две группы: инертные и активные. Газы первой группы с металлом, нагретым и расплавленным, не взаимодействуют и практически не растворяются в них. Газы второй группы защищают зону сварки от воздуха, но сами либо растворяются в жидком металле, либо вступают с ним в химическое взаимодействие.

Инертные газы используют при сварке как неплавящимися, так и плавящимися электродами, а активные газы — при сварке плавящимся электродом (проволокой). К химически инертным защитным газам для сварки относятся аргон и гелий. Из химически активных газов основное значение имеет углекислый газ. В ряде случаев для сварки можно использовать смесь углекислого газа с аргоном или углекислого газа с кислородом в соотношении 90 и 10% соответственно.

Аргон поставляют в баллонах серого цвета с зеленой надписью «Аргон чистый» в газообразном состоянии при давлении в баллоне 15 МПа. По ГОСТ 10157—79 аргон бывает трех сортов: высший, первый и второй, которые различаются по содержанию примесей. Аргон высшего сорта предназначен для сварки химически активных металлов (титана, циркония), первого сорта — алюминия, магния и их сплавов, второго сорта — для сварки высоколегированных сталей. Аргон тяжелее воздуха и при сварке хорошо защищает сварочную ванну от воздействия окружающей среды.

Гелий поставляют в баллонах коричневого цвета при давлении в баллоне 15 МПа. Баллоны с гелием первого сорта надписи не имеют, а баллоны с гелием второго сорта имеют белую надпись «Гелий». В связи с тем, что гелий в 10 раз легче аргона, расход гелия при сварке должен увеличиваться в 1,5 — 3 раза по сравнению с расходом аргона. Напряжение на дуге при сварке в среде гелия почти в 2 раза выше, чем при сварке в среде аргона при одинаковом значении силы тока. Это означает, что мощность дуги, горящей в среде гелия, почти в 2 раза выше, чем мощность дуги в среде аргона. Широкое распространение гелиево-дуговой сварки сдерживается высокой стоимостью этого инертного газа.

Углекислый газ поставляют по ГОСТ 8050—85 в сжиженном состоянии в баллонах черного цвета с желтой надписью «Углекислый газ». Для сварки используют сварочную углекислоту первого и второго сортов, которые различаются содержанием паров воды. Применение углекислого газа для сварки металла в качестве защитной среды вызывает необходимость применения специальных проволок, которые должны содержать дополнительное количество легирующих элементов с большим сродством к кислороду (марганца и кремния). Эти элементы раскисляют сварочную ванну. Пары воды, содержащиеся в углекислом газе, устраняют путем осушки газа.

Кроме того, в сварочном производстве находят применение и другие активные газы: кислород, водород, азот, оксид углерода.