Сварочные материалы (электроды)

Сварочные материалы. К сварочным материалам относятся электродная или присадочная проволока, штучные электроды (см. табл. 5) и защитные газы (СО₂, аргон, О₂ и другие).

Электроды для ручной дуговой сварки выполняются из холоднотянутой проволоки и классифицируются: по химическому составу стержня по виду покрытия; по механическим свойствам металла шва. Тип электрода обозначается буквой Э, следующее за буквой число обозначает предел прочности ( , кгс/мм²). Если после числа следует буква А, то это означает, что электрод обеспечивает повышенной пластичностью (например, Э42А качественнее Э42).

Обмазки делятся на стабилизирующие (тонкие) и защитные (толстые). Первые легко ионизируются, чем поддерживают стабильное горение дуги, а вторые - надежно защищают и легируют металл. Покрытия электродов классифицируются следующим образом:

Кислые покрытия (А) - содержат окислы железа, марганца, кремнезем, ферромарганец. Электроды имеют высокую производительность, пригодны для сварки во всех пространственных поло­жениях, но являются токсичными.

Рутиловые (Т) покрытия - содержат в основном рутил с добавками кремнезема, ферромарганца, карбоната кальция и марганца. По технологическим качествам близки к кислым, дают хорошее формирование шва и менее вредны.

Основные (Б) - состоят из карбонатов кальция и магния, плавикового шпата и ферросплавов. Газовая защита обеспечивается СО и СО₂, образующимися при разложении карбонатов. Электроды часто используются при сварке на постоянном токе и рекомендуются для ответственных конструкций.

Целлюлозные (Ц) - состоят из органических материалов, к которым добавлены шлакообразующие ( , силикаты). Электроды пригодны для сварки в любых пространственных положениях.

Органические (0) - состоят из органических составляющих с добавлениями ферросплавов марганца, рутила, алюмосиликата и других.

Фтористокальциевые (Ф) - состоят из фтористых и кальциевых соединений, которые очень токсичны.

В настоящее время промышленностью выпускается более 100 марок электродной проволоки. По химическому составу они подразделяются на низкоуглеродистые, легированные, высокоуглеродистые и высоколегированные. Маркируют их, как и стали, но с добавлением букв Св. Haпример, проволока марка Св-10Г2А: первые - буквы Св – сварочная проволока, первые две цифры - содержание углерода в сотых долях процента (0,10%), буква Г – марганец до 2%, буква А в конце указывает на повышенное качество металла и пониженное содержанке S и Р).

Электроды подразделяются на группы в зависимости от свариваемых материалов: для сталей низкоуглеродистых (У); легированных (Л); теплоустойчивых (Т); высоколегированных (В) предназначенных для наплавки (Н). По толщине покрытия электроды маркируют: М – с тонкимпокрытием; С - со средним; Д – с толстым, Г – с особо толстым.

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

Э50А- АНО-7. 5,0 -Л Д 3

Е 43 2 (5) – Б 1 0 - ГОСТ 9466-75,

расшифровывается в соответствии с ГОСТ 9467-75следующим образом: Э50А - тип электрода (с гарантированным пределом прочности металла шва = 50 кг/ см²; буква А - указываем на повышенную пластичность металла); АНО7 – заводская марка электрода; 5,0 - диаметр электрода; Л – электрод для сварки легированных сталей с >500 МПа; Д3 – толстое покрытие 3 группы (группа указывает высокую точность геометрических параметров электрода и прочность обмазки; всего 4 группы).

Е – электрод; 43 2 (5) – индексы электрода (43 - ; 2 – относительное удлинение не менее 20%; 5 – ударная вязкость 35 Дж/см² при Т = - 40 ⁰С). Б - - основное покрытие; 1 – для сварки во всех пространственных положениях; 0 – постоянный ток, обратной полярности.

Назначение некоторых типов электродов представлено в табл. 9.

Таблица 9

Электроды для сваркиконструкционных сталей (ГОСТ 9467–60)

Типы электродов	Механические свойства	Содержание в шве	Основное назначение
металла шва
времменное сопротивление разрыву, кг/мм2	относительное удлинение, %	ударная вязкость, кг/м/см2	угол загиба, град.	серы	фосфора
не менее	не более
Э-34		-	–		0,05	0,05	для сварки малоуглеродистых и низколегированных сталей
Э-45					0,05	0,05
Э-45А					0,04	0,04
Э-46					0,005	0,05
Э-46А					0,04	0,04
Э-50					0,05	0,05	для сварки среднеуглеродистых и низколегированных сталей
Э-50А					0,04	0,04
Э-55					0,04	0,04
Э-60				––	0,04	0,04
Э-60А				––	0,04	0,04
Э-70				––	0,04	0,04	для сварки легированных сталей повышенной прочности
Э-85				––	0,04	0,04
Э-100				––	0,04	0,04
Э-145				––	0,04	0,04

Сварные соединения на чертежах обозначают по ГОСТ 2.312-72, рис. 18.

Т5-Рн - 6-50Z150 ГОСТ 5264-80

Рис. 18. Условное обозначение шва таврового соединения: шов тавровый (Т5). Цифра 5 – указывает номер в ГОСТе с указани

ем вида соединения и, а также формы разделки, то есть в данном случае шов двустороннего соединения с двумя симметричными скосами одной кромки, выполненного по замкну-тому контуру ( ), ручной дуговой сваркой (Р) неплавящимся электродом (н) в защитном газе (З). Катет шва 6 мм.( 6), шов прерывистый, с шахматным расположением (Z) участков длиной по 50 мм, шаг 150мм.

Свариваемость– комплексная технологическая характеристика металлов и сплавов, выражающая реакцию свариваемых материалов на сварочный цикл и определяющая техническую пригодность сварного соединения к эксплуатации. Мерой количественной оценки свариваемости является совокупность показателей, каждый из которых определяется сравнением показателей свойств сварного соединения с нормативным показателем свариваемого металла.

Углерод в сталях оказывает самое существенное влияние на свариваемость. По содержанию углерода свариваемость подразделяется на четыре категории:

· хорошая (С < 0,_,I5%)_, - сварка проводится по обычной технологии;

· удовлетворительная 0,_,I5<C <0,3%, - подогрев перед сваркой;

· ограниченная 0,_,3<C_, <0,5%, - подогрев с последующей ТО;

· плохая C_, >0,5%) - - подогрев с последующей ТО и специальные меры.

Оценку пригодности стали для сварных конструкций можно дать, пользуясь приведенным эквивалентом по углероду С_Э.:

, (13)

где числители - содержание элементов, %; - толщина детали, мм. По С_Э, определяют твердость металла HV в зоне термического влияния (по Виккерсу):

, (14)

Наличие серы в металле способствует появлению горячих трещин при сварке. Если соотношение Mn/S > 10, то марганец нейтрализует вредное воздействие серы S и повышает прочность металла шва.

Рабочие швы должны обладать определенным запасом прочности:

n_з= s_т/s_р,

где s_т - предел текучести; s_р - расчётное напряжение. Для стальных конструкций n_з ≈1,2 – 1,6. Для материалов с низкой пластичностью n_в = s_в/s_р ≈3 – 4. Оценка на прочность проводится попредельно допустимым расчётным усилиям N,кгс:

стыковые швы - N = Rc S l	фланговые угловые - N = Кф 07 К Rу
Лобовые угловые - N = 07 К Rу	тавровые - N =0,55 RТ К l

Примечание: R_c - расчётное сопротивление растяжению металла шва, кгс / см²;

S – толщина металла в расчётном сечении, см; l – длина шва, см.(длина фланговых швов обычно равна 50 катетам); К – высота катета шва, см; К_ф = 1,5 … 2,0 – поправочный коэффициент, учитывающий неравномерность нагрузки сопряжённых швов.

Источники сварочного тока

Источниками питания тока при сварке являются сварочные генераторы и выпрямители.

Генераторы - это электрические машины, преобразующие механическую энергию в электрическую постоянного тока (рисунок 4, а).

Выпрямители – это электрические устройства для преобразования переменного тока в постоянный. Состоят из трансформатора и полупроводникового выпрямителя (рисунок 4, б).

Основным источником переменного тока являются сварочные трансформаторы, понижающие напряжение сети 220, 380 или 500 В до необходимых 55¸80 В. КПД сварочных трансформаторов ниже КПД обычных трансформаторов и составляет 73¸90%.

а б

Рисунок 19 – Источники сварочного тока:

а- генератор, б- трансформатор (с выпрямителем или без него)

Рис.20 – Виды внешних вольтамперных характеристик источников питания дуги: