Металлические электроды

Металлические электроды для дуговой сварки изготовляют в соответствии с ГОСТ 9466-75. По качеству (точность изготовления, состояние поверхности покрытия, сплошность металла шва, содержание серы и фосфора в наплавленном металле) электроды подразделяются на группы 1, 2, 3.

Покрытие электрода должно быть однородным, плотным, прочным, без трещин, наплывов, вздутий и эксцентричности относительно оси стержня. Допускаются шероховатость и отдельные риски глубиной менее четверти толщины покрытия; вмятины глубиной до половины толщины покрытия на длине не более 12,0 мм; оголённость только с конца электрода на длине не более половины диаметра и другие мелкие дефекты. Прочность покрытия испытывают 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. Влагостойкость покрытия проверяют погружением электрода в воду и выдержкой в течение 24 ч при температуре 15...25°С.

Электроды упаковывают в водонепроницаемую бумагу или полиэтиленовую пленку и пачками массой 3...8 кг укладывают в деревянные ящики. Масса ящика 30...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 особенно 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.

Требования, предъявляемые к металлическим (плавящимся) электродам для сварки углеродистых и легированных конструкционных сталей, изложены в ГОСТ 9467-75.

Для сварки углеродистых и низколегированных конструкционных сталей этим ГОСТом предусмотрены девять типов электрона: Э38, Э42, Э42А, Э46, Э46А, Э50, Э50А, Э55, Э60; для сварки легированных конструкционных сталей повышенной и высокой прочности — пять типов: Э70, Э85, Э100, 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 и ионизирующие) и толстые (качественные). Назначение тонкого покрытия — облегчить возбуждение дуги и стабилизировать её 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, как правило, в виде углекислых солей: мел СаСО₃, поташ КСО₃, углекислый барий ВаСО₃ и др. В качестве связующего вещества применяют жидкое стекло, представляющее собой силикат натрия NaО₂ X SiО₂. Покрытие наносят на стержень электрода толщиной слоя — 0,1. .0,25 мм, что составляет 1,5...2 % от массы электрода. Тонкое покрытие не создает защиты для расплавленного металла шва и поэтому 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.

Наиболее простым тонким покрытием является меловое. Оно состоит из мелкопросеянного чистого мела, разведённого на жидком стекле. На 100 мас. ч. мела берётся 25...30 мас. ч. жидкого стекла и 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°С. Такие электроды дают при сварке швы очень низкого качества и поэтому применяются очень редко. Более качественные сварные швы дают электроды с тонким покрытием марок К-3 и А-1. 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. При сварке тонкостенных изделий хорошие результаты даёт 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 и 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 и 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.

Разработанная теория сварочных процессов дает возможность точно рассчитать состав электродных покрытий в зависимости от состава свариваемого металла и требований, предъявляемых к сварочному шву.

Для выполнения перечисленных выше функций электродное качественное покрытие должно содержать следующие компоненты:

1. 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.

2. 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.

3. Раскисляющие вещества, которые обладают большим сродством с кислородом и поэтому восстанавливают металл шва. Раскислителями служат ферросплавы, алюминий, графит и др.

4. 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 (К₂О х К Al₂О₃ х 6SiО₂), кварц (SiО₂), мрамор, рутил, марганцевую руду и др.

5. 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.).

6. 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 являет¬ся 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 — соответствующее 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.

Рутиловые покрытия (АНО-3, АНО-4, MP-3, ОЗС-4) имеют основным компонентом рутил (TiO₂ — диоксид титана). Шлакообразующими служат рутил, а также полевой шпат, магнезит и др. В качестве раскислителя и легирующего компонента применяют ферромарганец.

Целлюлозные покрытия (ВСЦ-1, ВСЦ-2, ОМА-2) содержат главным образом органические компоненты в качестве газообразующих и связующих веществ. В качестве раскислителей введен ферромарганец, ферросилиций.

Основные покрытия (УОНИИ-13, ДСК-50) составлены на основе плавикового шпата (CaF) и мрамора (карбонат кальци СаСО₃). Отсутствие в составе этого покрытия оксидов желез и марганца позволяет широко легировать наплавляемый металл При сварке можно получить металл шва заранее заданного химического состава с хорошими механическими свойствами. В качестве раскислителей покрытие содержит ферротитан, ферромарганец и ферросилиций.

Условное обозначение электродов по ГОСТ 9466-75 включает марку электрода, диаметр стержня, группу по качеству и номер ГОСТа. Например, «Электроды УОНИИ-13/45-3, 0-2 ГОСТ 9466-75».

В промышленности широкое применение получили следующие электроды.

Электроды УОНИИ-13 дают высокое качество металла шва применяются для сварки ответственных швов из конструкционных сталей. Такие электроды выпускаются нескольких марок УОНИИ-13/45, УОНИИ-13/55, УОНИИ-13/65 и УОНИИ-13/85 Цифры после черты означают получаемый предел прочности металла шва (кгс/мм²). Сварку можно производить при любом положении шва, по только на постоянном токе обратной полярности. Эти электроды применяют в заводских и монтажных условиях. Коэффициент наплавки электродов типа УОНИИ-13 достигает 9,5 г/(А_хч).

Электрод СМ-11 (тип Э42А) получил широкое распространение в строительстве; применяется при сварке ответственных конструкций во всех пространственных положениях. Наплавленный металл имеет высокие механические свойства. Коэффициент наплавки электрода СМ-11 достигает 10 г/(А_хч). Важным положительным качеством электрода СМ-11 является устойчивость сварки в условиях монтажа, когда необходимо поддерживать постоянство длины сварочной дуги. Таким же качеством обладают электроды марки МР-3, имеющие коэффициент наплавки 9 г/(А_хч). Они предназначены для сварки постоянным и переменным током.

Большое применение получили электрод марки ОЗС-4 (тип Э46) (коэффициент наплавки 8,5 г/(А_хч) для сварки ответственных металлоконструкций из низкоуглеродистой стали и электрод ОЗС-5 (коэффициент наплавки 11 г/(А_хч), содержащий в покрытии железный порошок. Сварка выполняется переменным и постоянным токами любой полярности во всех пространственных положениях.

Для сварки ответственных конструкций из низкоуглеродистых сталей переменным или постоянным током во всех пространственных положениях хорошие результаты дают электроды марки AНO-5 (тип Э42), имеющие коэффициент наплавки 11 г/(А_хч), и марки АНО-6 (коэффициентом наплавки 8,5 г/(А_хч). Для сварки деталей из низкоуглеродистой стали, работающих при ритмических нагрузках, применяют электроды марок АНО-3 и Л110-4 (тип Э46) (коэффициентом наплавки 8 г/(А_хч). Электроды типа АНО характеризуются устойчивым горением дуги, незначительным разбрызгиванием металла, стойкостью против образования кристаллизационных трещин и лёгкостью отделения шлаковой корки. Особо следует отметить их низкую токсичность.

Для сварки конструкций из низкоуглеродистых и низколегированных сталей малых толщин (0,8...3,0 мм) во всех пространственных положениях применяют электроды марки ОМА-2 (тип Э42); стержень из проволоки Св-08 диаметром до 3 мм; ток в пределах 35...65 А.