О производстве литья

Электроды для сварки, классификация

Электроды для сварки классифицируются по следующим признакам: по материалу, из которого они изготовлены; по назначению для сварки  определенных  сталей; по толщине покрытия, нанесенного на стержень; по видам покрытия; характеру шлака образующегося при расплавлении покрытия;  техническим свойствам металла шва; по допустимым пространственным положениям  сварки  или наплавки; по роду и  полярности применяемого при сварке тока.

Изображение взято из открытого источника яндекс. картинки

   Применение электродов должно обеспечивать  следующие необходимые  технологические условия: легкое зажигание и устойчивое горение дуги,  равномерное расплавление покрытия,  равномерное покрытие  шва шлаком,  легкое удаление шлака  после сварки,  отсутствие непроваров, пор, трещин в металле  шва.

Размеры электродов приведены в таблице

Электроды подразделяются на группы в зависимости от  свариваемых  материалов: углеродистых и низкоуглеродистых  конструкционных  сталей У (условное обозначение);  легированных конструкционных  сталей –Л;  легированных теплоустойчивых сталей – Т; высоколегированных сталей с особыми свойствами – В; для наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами –Н.

По толщине покрытия в зависимости от отношения диаметра электрода к диаметру стержня D/d электроды изготовляются с тонким покрытием (D/d ≤ 1,20)-М; со средним покрытием (1,20 — < D/d ≤ 1.45) – C;  c толстым покрытием (1,45 < D/d ≤ 1,80) – Д, с особо  толстым покрытием (D/d > 1,80) –Г.

   Общее назначение электродных покрытий

Обеспечение  стабильности  горения сварочной дуги и получение металла шва с заранее заданными свойствами(прочность, пластичность, ударная вязкость, стойкость против коррозии и др.).  Стабильность горения сварочной дуги достигается  снижением потенциала ионизации воздушного промежутка между электродом и свариваемой деталью. Покрытия выполняют следующие функции:

Газовая защита зоны сварки  и расплавленного металла  создается при сгорании  газообразующих веществ и предохраняет  расплавленный металл от воздействия кислорода и азота.  Газообразующие вещества вводят в покрытие  в виде органических соединений: древесной муки, декстрина, целлюлозы,  крахмала, хлопчатобумажной ткани, пищевой муки и т.д.;

Изображение взято из открытого источника яндекс. картинки

Раскисление металла сварочной ванны  элементами, обладающими  большим сродством с кислородом, чем железо и связывающими  кислород, находящийся в шлаке. К ним относятся марганец, титан, молибден, хром,  кремний, алюминий, графит.  Эти элементы,  находясь  в расплавленном металле сварного шва, легче вступают  в химические соединения с кислородом и, будучи сами  нерастворимыми в стали или имея органическую растворимость, в виде окислов всплывают на поверхность сварочной ванны. Большинство раскислителей вводят  в покрытие не в чистом виде, а в виде ферросплавов;

Шлаковая защита  служит для защиты расплавленного металла от  воздействия кислорода и азота воздуха путем образования шлаковых  оболочек на поверхности капель электродного металла,  переходящих  через  дуговой промежуток, и для  образования шлакового покрова на поверхности расплавленного металла шва. Шлаковое покрытие уменьшает скорость охлаждения и затвердевания металла шва, способствуя выходу из него газовых и неметаллических включений.

Шлакообразующими компонентами покрытий являются: титановый концентрат, марганцевая руда, каолин,  мрамор, мел, кварцевый песок,  доломит, полевой шпат и др.

Легирование металла шва  для придания специальных свойств наплавленному металлу (в основном для повышения механических свойств, износостойкости, жаростойкости, сопротивления коррозии).

Наиболее часто применяются такие легирующие элементы,  как хром, никель, молибден, вольфрам, марганец, титан и др. Легирование металла шва иногда производится  специальной проволокой, содержащей нужные элементы.  Чаще металл шва легируют  введением элементов в покрытие электрода.  Легирующие компоненты – ферросплавы, иногда чистые металлы.

Для повышения производительности, т.е. для увеличения  количества  наплавляемого металла в единицу времени в электродные покрытия вводят железный порошок.  Введенный в покрытие железный порошок улучшает  технологические свойства  электродов  ( облегчает повторное зажигание дуги, уменьшает скорость охлаждения  наплавленного металла, что благоприятно  сказывается при  сварке в условиях низких температур).

Для закрепления покрытия на стержне электрода используют связующие компоненты: жидкое стекло, декстрин,  желатин, пластмассы и др. жидкое стекло имеет также и стабилизирующие свойства.

При наличии в составе  покрытия более 20 % железного порошка  к обозначению вида покрытия  следует добавлять букву  — Ж.

По видам покрытия электроды подразделяются:

А – с кислым покрытием, содержащим окислы железа,  марганца, кремния, иногда титана.  Металл шва отличается повышенной окисленностью, плотностью и позволяет выполнять  сварку  на постоянном (прямой или обратной полярности) и переменном токе;

Б – с основным покрытием, имеющим в качестве  основы фтористый кальций (плавиковый шпат) и карбонат кальция (мрамор, мел).  Сварку электродами с основным  покрытием осуществляют  на постоянном токе при обратной  полярности. Вследствие малой  склонности  металла шва к образованию  кристаллизационных  и холодных трещин электроды с этим покрытием используют  для сварки больших сечений;

Ц – с целлюлозным покрытием, основные компоненты которых – целлюлоза, мука и другие органические составы, создающие газовую  защиту дуги и образующие при  плавлении тонкий шлак. Электроды с  целлюлозным покрытием применяют , как правило, для сварки стали малой толщины;

Р – с рутиловым покрытием, основной компонент которых – рутил (ТiО₂).  Для шлаковой и газовой защиты в покрытия  этого типа вводят  соответствующие минеральные и органические компоненты, а для  повышения производительности иногда добавляют железный порошок. При сварке на постоянном  и переменном токе разбрызгивание металла  незначительно. Устойчивость горения дуги высокая,  формирование  швов во всех  пространственных  положениях хорошее.

П – прочие виды покрытий.

При покрытии смешанного вида используют  соответствующее двойное  условное обозначение.

Гост классифицирует электроды для сварки углеродистых, легированных конструкционных и легированных  жаропрочных  сталей в зависимости от  механических свойств металла шва и сварного соединения,  выполненного этими электродами, на несколько типов.

Каждому типу может соответствовать  одна или несколько  марок электродов. Марка электродов характеризуется  определенным составом покрытия, маркой электродного стержня,  технологическими свойствами, свойствами металла шва.

Условное обозначение электродов  для сварки конструкционных  сталей состоит из  обозначения марки электрода, его типа,  диаметра стержня, типа покрытия и номера ГОСТа. Например условное обозначение электрода

Это расшифровывается так: Э46А – тип электрода по ГОСТ9467-75(возможно есть уже новый номер ГОСТ), Э –электрод дуговой сварки;46 – минимальный гарантированный предел прочности металла  шва в кгс/мм² (460,0 МПА); А – гарантирует получение  повышенных пластических свойств металла шва; УОНИИ – 13/45 – марка электрода, 3,0 –диаметр; У – электроды для сварки углеродистых  и низколегированных сталей; Д2 – с толстым покрытием второй группы; 432(5) – установленная по ГОСТ 9467-75 – группой индексов, указывающих характеристики наплавленного металла и металла шва; 43 – временное  сопротивление разрыву – не менее 460 МПа; 2 – относительное удлинение не менее 22%; 5 – имеет  ударную вязкость не менее34, 3 Дж/см² при температуре минус 40 ᴼ С; Б – основное покрытие;  1 – для сварки во всех пространственных  положениях; 0 – на постоянном токе обратной полярности.

  Электроды для сварки конструкционных и низколегированных сталей

Для сталей обычной прочности предназначены электроды Э38, Э42, Э46, Э50, Э42А, Э46А, Э50А, Э55 и Э60; для конструкционных сталей повышенной прочности – электроды Э70, Э85, Э100, Э125, Э150.

Механические свойства швов и сварных соединений при применении электродов для сварки конструкционных сталей должны соответствовать нормам.

 Электроды для сварки легированных  теплоустойчивых сталей

Эти стали сваривают  электродами  девяти типов ГОСТ 9467 – 75 (возможно уже имеется ГОСТ с новым номером), которые классифицируют  по механическим свойствам и химическому   составу наплавленного металла. Буквы, стоящие после буквы Э,  показывают гарантированное содержание легирующих  элементов в наплавленном металле.

Электроды для сварки высоколегированных сталей с особыми  свойствами

Для сварки коррозионно – стойких, жаропрочных и жаростойких  высоколегированных сталей  мартенситного,  мартенситно – ферритного, ферритного, аустенитно – ферритного и аустенитного классов существует 49 типов электродов.

Электроды для наплавки поверхностных слоев

ГОСТ 10051-75  устанавливает 44 типа  покрытых  металлических  электродов для этой  цели. Химический состав электродного стержня оказывает  значительное  влияние на химический состав наплавленного металла и его  механические свойства.  Диаметр электродного стержня определяет технологическую применимость электрода и диапазоны  допустимых значений силы сварочного тока, а следовательно, и температуру нагрева свариваемого изделия,  размеры и жидкотекучесть  сварочной ванны.

Изображение взято из открытого источника яндекс. картинки

Расчет расхода электродов

Основными величинами, характеризующими процесс сварки и наплавки, являются коэффициенты расплавления α_р , наплавки α_н и потерь ψ. От их величин в значительной степени зависит производительность сварки.

Коэффициент расплавления (r/А ˑ ч)

α_р =G_р/It,

где, G_р – масса расплавленного электродного металла, г; I – сила сварочного тока, А; t —  время, ч.

Коэффициент наплавки  (r/А ˑ ч)

α_н =G_н/It,

где, G_н – масса наплавленного металла, г.

Коэффициент наплавки обычно  меньше коэффициента расплавления на 3-5 г/(А ˑ ч), так как часть  расплавленного  электродного металла  теряется на окисление, испарение и разбрызгивание.

Коэффициент наплавки α_н характеризует производительность  процесса сварки и наплавки. Чем больше величина α_н , тем больше производительность сварки.  Производительность сварки (г/ч).

П _св = α_н I.

Коэффициент потерь (%)

Ψ = (α_р – α_н / α_р ) 100.

Расход покрытых электродов G_эл определяют по расходу проволоки  G _пр  или наплавленному металлу G _н.

G_эл = G _пр (1 + К₁) = G _пр (1 + 0,9 К);

G _пр = G _н/α_э = λ G _н/1 – ψ,

Где

G_н  = PF_Н L.

Следовательно,

G_эл = G _пр (1 + К₁)λ G_н/1-ψ = (1+0,9K) λ G_н/1-ψ,

Где К- коэффициент массы покрытия; К₁ – отношение массы покрытия  к массе всего электродного стержня; α_э – коэффициент использования стержня; ψ – коэффициент потерь; λ – отношение длины стержня электрода к длине расплавляемой его части;P – плотность наплавленного металла, г/см³; при сварке толстопокрытыми электродами принимаем p = 7.8 г/см³; L – длина шва, мм; F_Н – площадь наплавки, мм².

Коэффициенты K и K₁ определяют по формулам

K = G_э – mL_э/ML₀

И  K = G_э – mL_э/ML_э

Где G_э – масса электрода, г; L_э – длина электрода, см; L₀ – длина покрытой части электрода, см; m –масса 1 см электродной проволоки данного диаметра, г/см.

Коэффициент потерь ψ для разных электродов различен (потери 6-25%); его обычно принимают 1,1 – 1,25.

Используемая литература: «Справочник сварщика», под редакцией доктора технических наук профессора В.В. Степанова.