Евгений Банников - Сварка
Испытывают прочность покрытия следующим образом: при падении плашмя на стальную плиту с высоты 1 м электродов диаметром менее 4 мм и с высоты 0,5 м электродов диаметром 4 мм и более покрытие не должно разрушаться.
Проверяют влагостойкость покрытия погружением электрода в воду и выдержкой в течение 24 ч при температуре 15–25 °C.
Упаковывают электроды в водонепроницаемую бумагу или полиэтиленовую пленку и пачками массой 3–8 кг укладывают в деревянные ящики. Масса ящика от 30 до 50 кг. На каждой пачке имеется этикетка, содержащая наименование завода-изготовителя, условное обозначение электрода, область применения, режимы сварки, обработки и механические показатели сварного шва, свойства наплавленного металла и коэффициент наплавки.
Электроды, изготовленные по ГОСТу, обеспечивают устойчивое горение дуги и спокойное равномерное плавление покрытия.
Шлак ровным слоем покрывает наплавляемый металл и легко удаляется после остывания. Трещины, газовые поры и шлаковые включения в сварном шве не образуются. Химический состав металла шва и допустимое содержание серы и фосфора указываются в паспорте электрода. Содержание серы и фосфора в металле сварного шва при сварке низкоуглеродистых и низколегированных сталей должно быть не более 0,05 %, при сварке легированных сталей повышенной прочности – не более 0,04 %. Сварные швы высоколегированных сталей должны содержать не более 0,025 % серы и 0,03 % фосфора.
Для сварки углеродистых и низколегированных конструкционных сталей предусмотрены девять типов электродов: Э38, Э42, Э42А, Э4Х, Э46А, Э50, Э50А, Э55, Э60; для сварки легированных конструктукционных сталей повышенной и высокой прочности – пять типов: Э70, Э85, ЭКЮ, Э125, Э150. Кроме того, предусмотрены девять типов электродов для сварки теплоустойчивых сталей.
Тип электрода обозначается буквой Э и цифрой, указывающей гарантируемый предел прочности металла шва в кгс/мм2. Буква А в обозначении указывает, что металл шва, наплавленный этим электродом, имеет повышенные пластические свойства. Такие электроды применяют при сварке наиболее ответственных швов.
Для изготовления стержней большинства электродов, предназначенных для сварки углеродистых и легированных конструкционных сталей, применяют проволоку марок Св–08 и Св–08А. Каждому типу электрода соответствует несколько марок электродов. Например, типу Э42 соответствуют электроды ОМА–2, АНО–6, МЭЗ–04 и др.
Марка электрода – это его промышленное обозначение, как правило, характеризующее стержень и покрытие.
Электродные покрытия делят на две группы:
• тонкие (стабилизирующие, ионизирующие);
• толстые (качественные).
Электроды с тонким покрытием. Назначение тонкого покрытия – облегчить возбуждение дуги и стабилизировать ее горение. Для этого покрытие составляют из вещества, атомы и молекулы которого обладают низким потенциалом ионизации, т. е. легко ионизируются в воздушном промежутке дуги. Такими веществами являются калий, натрий, кальций, барий, литий, стронций и др. Они применяются, чаще всего, в виде углекислых солей (мел [CaCO3], поташ [KCO3], углекислый барий [BaCO3] и др.). В качестве связующего вещества применяют жидкое стекло, представляющее собой силикат натрия. Покрытие наносят на стержень электрода слоем 0,1–0,25 мм, что составляет 1,5–2 % от массы электрода. Тонкое покрытие не создает защиты для расплавленного металла шва, по этой причине при сварке происходит окисление и азотирование наплавленного металла. Шов получается хрупкий, пористый, с различными неметаллическими включениями. Поэтому электроды с тонким покрытием используют при выполнении неответственных сварных швов.
Меловое покрытие является наиболее простым тонким покрытием. Оно состоит из мелкопросеянного чистого мела, разведенного на жидком стекле. На 100 мас. ч. мела берется 25–30 мас. ч. жидкого стекла. Полученная смесь размешивается в воде до сметанообразного состояния. Электродные стержни окунают в этот раствор и сушат при комнатной температуре или в сушильных шкафах при температуре 30–40 °C. Такие электроды дают при сварке швы очень низкого качества и поэтому применяются редко.
Электроды с тонким покрытием марок К–3 и А–1 дают более качественные сварные швы. Основной составляющей этих покрытий является титановый концентрат. Покрытие К–3 содержит 57,8 % титанового концентрата и 42,2 % марганцевой руды, а жидкое стекло составляет 25–35 % к массе концентрата и руды.
Покрытие А–1 содержит 86,6 % титанового концентрата,10,2 % – марганцевой руды и 3,2 % калиевой селитры. Жидкое стекло берется в количестве 30–35 % к массе остальных компонентов.
Таблица 13
Механические свойства металлов шва, наплавленного при дуговой сварке металлическими электродами для конструкционных сталей
При сварке тонкостенных изделий хорошие результаты дает покрытие МТ, состоящее из 62 % титанового концентрата, 31 % полевого шпата и 7 % хромовокислого калия. Жидкое стекло составляет 30 % к массе остальных компонентов. Кроме этих покрытий применяют ряд других, имеющих различные назначения.
Электроды с толстым покрытием применяют для получения сварных соединений высокого качества, поэтому эти покрытия называют качественными.
Качественное покрытие выполняет следующие функции:
• обеспечивает устойчивое горение дуги;
• защищает расплавленный металл шва от воздействия кислорода и азота воздуха;
• раскисляет в металле шва оксиды;
• удаляет невосстанавливаемые оксиды в шлак;
• изменяет состав наплавляемого металла вводом в него легирующих примесей;
• удаляет серу и фосфор из расплавленного металла шва;
• образует шлаковую корку над металлом шва;
• замедляет его охлаждение и тем самым способствует выходу газов и неметаллических включений на поверхность металла шва.
Таблица 14
Механические свойства металлов шва, наплавленного при дуговой сварке металлическими электродами для легированных теплоустойчивых сталей
Точно рассчитать состав электродных покрытий в зависимости от состава свариваемого металла и требований, предъявляемых к сварочному шву, дает возможность теория сварочных процессов.
Для выполнения перечисленных выше функций электродное покрытие должно содержать следующие компоненты:
• ионизирующие вещества для снижения эффективного потенциала ионизации, что обеспечивает стабильное горение дуги. В качестве ионизирующих компонентов в покрытия вводят такие вещества, как мел, мрамор, поташ, полевой шпат и др.;
• газообразующие вещества, которые при сварке разлагаются или сгорают, выделяя большое количество газов, создающих в зоне дуги газовую оболочку. Благодаря этой оболочке металл шва предохраняется от воздействия атмосферного кислорода и азота. Такими газообразующими веществами являются крахмал, древесная мука, целлюлоза и др.;
• раскисляющие вещества, которые обладают большим сродством с кислородом и поэтому восстанавливают металл шва. Раскислителями служат ферросплавы, алюминий, график и др.;
• шлакообразующие вещества, создающие шлаковую защиту расплавленного металла шва, а также капель электродного металла, проходящих через дуговой промежуток. Кроме того, шлаки активно участвуют в металлургических процессах при сварке и способствуют получению качественного шва. В качестве шлакообразующих веществ применяют полевой шпат, кварц, мрамор, рутил, марганцевую руду и др.;
• легирующие вещества, которые в процессе сварки переходят из покрытия в металл шва и легируют его для придания тех или иных физико-механических качеств. Хорошими легирующими веществами являются ферромарганец, ферросилиций, феррохром, ферротитан. Реже применяют различные оксиды металлов (меди, хрома и др.);
• связующие вещества, предназначенные для замеса всех компонентов покрытия в виде пасты, а также для связывания пасты на сердечнике электрода и придания определенной прочности после высыхания покрытия. Таким веществом является жидкое стекло. Реже применяется декстрин.
По видам покрытия электроды подразделяют:
• с кислым покрытием – условное обозначение А;
• с рутиловым – Р;
• с целлюлозным – Ц;
• с основным – Б;
• с покрытием смешанного типа – двойное обозначение (например, АЦ);
• с прочими видами покрытий – П.
Кислые покрытия (АНО–1, СМ–5) содержат руды в виде окислов железа и марганца. При плавлении они выделяют кислород, способный окислить металл ванны и легирующие примеси. Для ослабления действия кислорода в покрытие вводят раскислители в виде ферросплавов. Однако наплавленный металл имеет относительно малую вязкость и пластичность и пониженное содержание легирующих примесей.
