Лекции по "Материаловедению"

Названные характеристики, необходимо учитывать при выборе конкретной марки , в значительной степени  определяются видом покрытия. Покрытие может быть кислым, рутиловым, основным, целлюлозным и смешанным

Марки с кислым покрытием. Основу этого вида покрытия составляют оксиды железа, марганца и кремния. Металл шва, выполненный марками с кислым покрытием, имеет повышенную склонность к образованию горячих трещин. По механическим свойствам металла шва и сварного соединения такие марки относятся к типам Э38 и Э42.

Электроды с кислым покрытием  не склонны к образованию пор  при сварке металла, покрытого окалиной или ржавчиной, а также при  удлинении дуги. Сварку можно выполнять  постоянным и переменным током.

Марки с рутиловым  покрытием. Основу покрытия этих электродов составляют рутиловый концентрат (природный диоксид титана). Металл шва, выполненный марками с рутиловым покрытием, соответствует спокойной или полуспокойной стали. Стойкость металла шва против образования трещин у электродов с рутиловым покрытием выше, чем у марок с кислым покрытием. По механическим свойствам металла шва и сварного соединения большинство марок рутиловых электродов относится к типам Э42 и Э46.

Рутиловые марки обладают целым рядом преимуществ по сравнению  с другими видами , а именно обеспечивают стабильное и мощное горение дуги при сварке переменным током, малые потери металла на разбрызгивание, легкую отделимость шлаковой корки, отличное формирование шва. Они мало чувствительны к образованию пор при изменении длины дуги, при сварке влажного и ржавого металла и по окисленной поверхности.

К маркам этой группы также  относятся электроды с ильменитовым покрытием, занимающими промежуточное  положение между кислым и рутиловым  покрытиями. В состав покрытия этих марок в качестве основного компонента входят ильменитовый концентрат (природное соединение диоксидов титана и железа).

Марки с основным покрытием. Основу этого вида покрытия составляют карбонаты и фтористые соединения. Металл, наплавленный электродами с  основным покрытием, по химическому составу соответствует спокойной стали. Благодаря низкому содержанию газов, неметаллических включений и вредных примесей металл шва, выполненный этими марками, отличается высокими показателями пластичности и ударной вязкости при нормальной и пониженной температурах, а также обладает повышенной стойкостью против образования горячих трещин. По механическим свойствам металла шва и сварных соединений марки с основным покрытием относятся к электродам типа Э42А, Э46А, Э50А, Э55 и Э60.

Вместе с тем по технологическим характеристикам марки с основным покрытием уступают другим видам. Они весьма чувствительны к образованию пор при наличии окалины, ржавчины и масла на кромках свариваемых деталей, а также при увлажнении покрытия и удлинении дуги. Сварка, как правило, производится постоянным током обратной полярности. Перед сваркой электроды в обязательном порядке необходимо прокаливать при высоких температурах (250-4200С).

Марки с целлюлозным  покрытием. Покрытие этого вида содержит большое количество (до 50%) органических составляющих, как правило, целлюлозы. Металл, наплавленный целлюлозными марками, по химическому составу соответствует полуспокойной или спокойной стали. В то же время он содержит повышенное количество водорода. По механическим свойствам металла шва и сварных соединений электроды с целлюлозным покрытием соответствуют электродам Э42, Э46 и Э50. Для целлюлозных электродов характерно образование равномерного обратного валика шва при односторонней сварке на весу, возможность сварки вертикальных швов способом сверху вниз.

Все описанные выше марки, предназначенные для сварки углеродистых и низколегированных сталей, с  любым видом покрытия должны отвечать требованиям ГОСТ 9466-75 и ГОСТ 9467-75, а также требованиям технических  условий . В технических условиях могут содержаться дополнительные требования, которые являются необходимыми для более эффективного ведения процесса и/или получения сварных соединений с особыми характеристиками и повышенной эксплуатационной надежностью.

В группу марок для сварки легированных конструкционных сталей повышенной и высокой прочности входят электроды , предназначенные для сварки легированных сталей с временным сопротивлением разрыву свыше 590 МПа. Сварку конструкций из этих сталей производят по двум технологическим вариантам: с последующей после сварки термической обработкой сварных соединений, без последующей термической обработки.

При сварке по первому  варианту применяют марки, обеспечивающие получение равнопрочных сварных  соединений. Главными характеристиками таких марок являются механические свойства металла шва и сварных соединений, получаемые после соответствующей термической обработки: временное сопротивление разрыву, относительное удлинение, ударная вязкость.

По этим показателям  ГОСТ 9467-75 стандартизировано пять типов марок для сварки конструкционных сталей повышенной и высокой прочности: Э70, Э85, Э100, Э125 и Э150. Химический состав наплавленного металла указанным стандартом не регламентируется, за исключением серы и фосфора, содержание которых не должно превышать соответственно 0,030% и 0,035%. Вместе с тем при выборе конкретной марки химический состав металла необходимо принимать во внимание, особенно при сварке конструкций, работающих в экстремальных условиях. Данные по химическому составу приводятся в нормативной документации и в более общем виде в условном обозначении марок. Электроды для сварки конструкционных сталей повышенной и высокой прочности имеют покрытие основного вида.

При сварке конструкций  из сталей этого класса (в термически упрочненном состоянии) по второму варианту, т.е. без последующей после сварки термической обработки, особенно, когда равнопрочность сварных соединений не является обязательным условием, используют марки, обеспечивающие получение металла шва с аустенитной структурой. Получаемые сварные соединения отличаются высокой стойкостью против образования трещин, а металл шва - повышенными пластичностью и вязкостью. Сварка такими марками производится с учетом особенностей, присущих электродам, предназначенным для сварки высоколегированных сталей можно использовать также при сварке разнородных сталей.

К группе марок для  сварки теплоустойчивых сталей относятся  марки, предназначенные для сварки низколегированных и легированных теплоустойчивых сталей (теплоустойчивыми называют стали, работающие при повышенных температурах - до 550-600 гр С). Основными характеристиками являются химический состав наплавленного металла и механические свойства металла шва при нормальной температуре. При выборе электродов учитывают также максимальную рабочую температуру, при которой регламентированы показатели длительной прочности металла шва.

Согласно ГОСТ 9467-75 марки  для сварки теплоустойчивых сталей по показателям химического состава  и механических свойств наплавленного  металла и металла шва классифицированы на девять типов: Э-09М, Э-09МХ, Э-09Х1М, Э-05Х2М, Э-09Х2М1, Э-09Х1МФ, Э-10Х1М1НФБ, Э-10Х3М1БФ, Э-10Х5МФ. Они могут иметь рутиловое и основное покрытие.

Вместе с тем, при  сварке теплоустойчивых сталей применяются  марки, не регламентированные ГОСТ 9467-75, основным назначением которых является сварка других классов стали (например, марка АНЖР-1, предназначенные, главным образом, для сварки разнородных сталей).

Сварку теплоустойчивых  сталей в большинстве случае выполняют  с предварительным подогревом и  последующей термообработкой.

В группу марок для  сварки высоколегированных сталей и  сплавов входят две группы , предназначенных  для сварки высоколегированных сталей и сплавов на железоникелевой  и никелевой основах:

45. Основные компоненты, входящие в состав электродных покрытий.

Покрытие электродов для ручной дуговой сварки и наплавки должно обеспечивать устойчивое горение  дуги, защиту зоны сварки от воздействия, кислорода и азота воздуха, получение  металла шва требуемого химического  состава и образование шлаков с определенными физическими свойствами.

Это достигается рациональным выбором электродной проволоки  и состава покрытия. Особо важная роль принадлежит покрытиям электродов, так как при одной и той  же электродной проволоке лишь за счет изменения состава покрытий возможно получить наплавленный металл с самыми различными свойствами.

В зависимости от назначения компоненты, входящие в состав электродных  покрытий, могут быть разбиты на следующие группы:

Стабилизирующие — способствующие легкому зажиганию и устойчивому горению дуги. Это достигается применением веществ, содержащих различные соединения калия, как, например, поташ (К2СО3, ГОСТ 10690-73), селитра (КNO3), хромат (К2CrO4) и др. Хорошим стабилизирующим действием обладают: двуокись титана (TiO2), карбонат кальция (СаСО3) и карбонат бария (ВаСО3).

Шлакообразующие — обеспечивающие получение шлаков, которые защищают сварочную ванну от действия атмосферы, химически связывают или растворяют в себе окислы металла и замедляют  скорость охлаждения металла сварного шва. К этой группе относятся: марганцевая руда, полевой и плавиковый шпаты (концентрат плавиковошпатовый - ГОСТ 4421-73), ильменит, рутил (рутиловый концентрат - ГОСТ 22938-78) и др.

Раскисляющие — предназначенные  для активной защиты металла сварочной  ванны от окисления, которое может происходить за счет кислорода из воздуха или из компонентов покрытия. Для восстановления окислов металла применяют: ферромарганец, ферросилиций, ферротитан, ферроалюминий, графит и др.

Легирующие — обеспечивающие получение металла шва заранее заданного химического состава, что гарантирует необходимые свойства сварных соединений. В качестве легирующих компонентов применяются: феррохром, ферротитан, ферромолибден, феррованадий, ферромарганец, ферросилиций, графит и др.

Газообразующие — являющиеся источником выделения газов при плавлении покрытия, которые способствуют защите металла сварочной ванны, идущего через дугу, от влияния окружающей атмосферы. К ним относятся: крахмал, древесная мука, целлюлоза, мрамор (ГОСТ 4416-94) и др.

Формующие — предназначенные для придания покрытию хороших пластических свойств, которые необходимы при прессовом нанесении покрытия на электродные стержни. Хорошими пластификаторами являются бентонит, каолин и др.

Связующие — придающие  необходимую прочность слою покрытия. Для этой цели чаще всего применяют жидкое стекло — водный раствор силиката натрия или калия.

Красящие — придающие  покрытию различную цветовую окраску  для визуального  разделения марок  сварочных электродов. Используют различные  красящие пигменты, в основном не влияющие на процесс дуговой сварки и свойства наплавленного металла.

Для повышения производительности (увеличения коэффициента наплавки) ручной дуговой сварки и наплавки, а также  других способов дуговой сварки покрытыми  электродами (сварки лежачим электродом, сварки наклонным электродом) в состав покрытия электродов добавляют железный порошок.

46. Выбор  диаметра электрода и расчет  силы сварочного тока при РДС.

Диаметр электрода 

Осуществление любых  ответственных работ, в том числе  ручной дуговой сварки, одним из обязательных условий имеет компетентный подход к подбору материалов. Неотъемлемой составляющей этой процедуры является соответствующее внимание ко всем параметрам сварочных электродов, одним из которых является их диаметр.

Диаметр сварочных электродов

Диаметр сварочных электродов для работы с различными по химическому  составу сталями прописан в различных  нормативных документах. К примеру, согласно ГОСТ- 9466-75, определен номинальный  диаметр электрода, который соответствует  диаметру стержня. Следует отметить, что номинальный диаметр электрода для сварки не включает в себя толщину обмазки.

Толщина покрытия электродов для сварки

Согласно п. 1.5. ГОСТ-9466-75, для каждого диаметра и марки  электрода существует своя индивидуальная толщина обмазки. Определяется зависимости от отношения D/d, где D - диаметр с покрытием, а d - диаметр стержня, при этом соотношение у электродов с тонким покрытием (буквенное обозначение М) должно быть менее или равно 1,2; для электродов со средним покрытием (буквенное обозначение С)  должно быть менее или равно 1,45; для электродов с толстым покрытием (буквенное обозначение Д)  должно быть менее или равно 1,80; а для электродов с особо толстым покрытием (буквенное обозначение Г) должно быть больше 1,80.

К примеру, сварочные электроды УОНИ-13/45, марка Э-42А УОНИИ-13/45-d4-УД Е 412(4)-Б 20. В соответствии с маркой номинальный диаметр электрода равен d4, показатель – Д означает, что покрытие толстое. Полный диаметр D электрода с покрытием равен 6 мм, отношение D/d или 6/4 равно 1,5, что соответствует параметру электродов с толстым покрытием так как попадает в диапазон от 1,45 до 1,8.

Примечательно, что иностранные  производители придерживаются таких  же правил, только диаметры импортных  электродов не соответствуют российским стандартам. Так к примеру японские сварочные электроды LB-52U имеют номинальные диаметры d. 2,6, d. 3,2, d. 4, а диаметры вместе с покрытием D 3,9, D 4,8, D 6, отношение диаметров равны 1,5, что соответствует толстому покрытию. Также сварочные электроды ОК 53.70 фирмы The ESAB Group произведенные в Швеции соответствуют международным стандартам d. 2,6, d. 3,2, d. 4 мм, а принадлежащий ESAB российский Завод ЭСАБ-СВЭЛ выпускает продукцию с торговой маркой ОК с диаметрами российских стандартов.

Выбор диаметра электрода

Выбор диаметра электрода  для сварки осуществляется в зависимости  от толщины свариваемого металла, его  марки и химического состава, формы кромок, положения сварки, разновидности соединения. К основным особенностям различных диаметров  электродов относятся: