1.0 Введение
Несмотря на широкое применение различных механизированных
методах сварки плавлением, наибольшее количество сварных
конструкций изготовляются методом ручной дуговой сварки.
Ручная дуговая сварка производится штучными электродами,
конструктивно представляющими собой металлический стержень
с нанесненным на него покрытием соответствующего состава. Один
из концов стержня длинной ~30мм. освобожден от покрытия для
его зажатия в электродержатель с обеспечение электрического
контакта. Второй конец слегка очищается для обеспечения
возможности зажигания дуги посредством контакта с изделием.
Применение электродов должно обеспечивать следующие
необходимые 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.
Электроды 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.
2.0 Классификация и основные ГОСТы на
электроды.
Стальные электроды изготовляют в соответствии с ГОСТ 9466-75,
ГОСТ 9467-75, ГОСТ 100051-75. В ГОСТ 9466-75 электроды
подразделяются на группы в зависимости от свариваемых металлов:
У - углеродистых и низкоуглеродистых конструкционных сталей;
Л - легированных конструкционных сталей;
Г - легированных теплоустойчивых сталей;
В - высоколегированных сталей с особыми свойствами.
Общее назначение электродных покрытий - обеспечивание
стабильности горения сварочной дуги и получение металла шва с
заранее заданными свойствами (прочность, пластичность, ударная
вязскость, стойкость против коррозии, и др.). Стабильность горения
сварочной дуги достигается снижением потенциала ионизации воздушного промежутка между электродом и свариваемой деталью.
Покрытия выполняют защитную функцию, шлаковая защита служит для защиты расплевленного металла шва 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. Шлаковое покрытие
уменьшает скорость охлаждения и затвердевания металла шва,
способствуя выходу из него газовых и неметаллических включений.
Шлакообразующими компонентами являются; титановый концентрат,
марганцевая руда, каолин, мрамор, мел, кварцевый песок, доломит, полевой шпат и др.
Легирование металла шва производится для придания специальных свойств наплавленному металлу. Наиболее часто
применяются такие легирующие компоненты как хром, никель,
млибден, вольфрам, марганец, титан и др. Легирование металла
иногда производится специальной проволокой, содержащей
нужные элементы. Чаще металл шва легируют введением
легирующих компонентов в состав покрытия электрода. Легирующие
компоненты - ферросплавы, иногда чистые металлы.
Для повышения проиводительности, т.е. для увеличения количества наплавляемого металла в единицу времени, в электродные
покрытия иногда вводят железный порошок. Введеный 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 используют связывающие
компоненты, жидкое стекло имеет также стабилизирующие свойства.
При наличии в составе покрытия более 20% железного порошка,
к обозначению следует добавить букву Ж.
По видам покрытия электродов подразделяются:
А - с кислым покрытием, содержащим окиси железа, марганца,
кремния, иногда титана;
Б - с основным покрытием, имеющим в качестве основы фтористый
кальций и карбонад кальция. ( Сварку электродами с основным
покрытием осуществляют на постоянном токе и обратной
полярности. Вследствие малой склонности металла к
образованию кристаллизационных и холодных трещин,
электроды
с этим покрытием используют для сварки больших сечений );
Ц - с целлюлозным покрытием, основные компоненты которых
- целлюлоза, мука 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 - рутил. Для
шлаковой и газовой защиты покрытия этого типа вводят
соответствующие минеральные и органические компоненты.
При сварке на постоянном и переменном токе разбрызгивание
металла незначительно. Устойчивость горения дуги,
формирование швов во всех пространственных положениях
хорошее;
П - прочие виды покрытий.
При покрытии смешанного вида используют соответствующее
условное обозначение.
2.1 Электроды для сварки конструкционных
и низколегированных сталей
Для сталей обычной прочности предназначены электроды:
Э38, Э42, Э46, Э50, Э42А, Э46А, Э50А, Э55 и Э60.
Для констукционных сталей повышенной прочности - электроды:
Э70, Э85, Э100, Э125, Э150. Механические свойства швов и сварных
соединений при применении электродов для сварки конструкционных сталей должны соответствовать определенным нормам.
2.2 Электроды для сварки легированных
теплоустойчивых сталей.
Эти стали сваривают электродами девяти типов по ГОСТ 9467-75
которые классифицируют по механическим свойствам к химическому
составу наплавленного металла. Буквы, стоящие после буквы Э,
показывают гарантированное содержание легирующих элементов в наплавленном металле.
2.3 Электроды для сварки высоколегирванных
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.
3.0 Производство электродов для ручной
дуговой сварки
В электродном производстве проволоку, поставляемую металлургической промышленностью, правят, разрезают по длинне на
прутки, и очищают от различных поверхностных загрязнений.
Стабильность покрытия должна обеспечиваться его достаточно
одинаковым количеством, на единице длинны электрода и
равномерностью состава в связи с тем, что покрытие представляет
собой смесь различных порошкообразных материалов, скрепленных
между собой и со стержнем склеивающим связующих. Необходимо
стремиться, чтобы замес покрытия в момент нанесения на стержень
был достаточно однородным, этого, видимо, можно достичь при
достаточной дисперсности тех порошков, которые будут
использованы в шихте, и усреднением состава как порошковой
шихты, так и замеса со связующим. Измельченности порошков
имеет значение и не только для возможности усреднения, выравнивания состава покрытия в каждом его объеме, но и
сказывается на кинетике шлакообразования, газовыделения и других важных характеристиках. Действительно: если газовая защита
создается, например, распадом карбонадов, нужна их значительная
удельная поверхность - отдельные частицы должны быть мелкими.
Температура плавления шлака должна быть не очень высокой, а
температура плавления его составляющих в поверхности может быть
более высокой. Относительно легкоплавким является шлак из смесей,
растворов, комплексных соединений и эвтектик, их образование
осуществляется легче и быстрее при контакте элементарных окислов
по значительной поверхности и малом объеме малой частицы, т.е.
опять при достаточно измельченных материалах.
Конечно, различные материалы, используемые в покрытиях, требуют и различного измельчения. Так, целесообразность наличия
более крупных частиц для некоторых ферросплавов отмечалась
ранее, можно указать и на технологические соображения, вытека-ющие из требований производства электродов: так, например,
большое количество мелкодисперсных фракций в ряде случаев
приводит к образованию трещин в электродных покрытиях в
процессе сушки и прокалки электродов. Из таких предпосылок
должны вырабатываться требования к наиболее целессообразным
размерам частицы различных материалов, используемых при
изготовлении конкретных составов электродных покрытий. При этом
следует стремиться к максимально допустимому по обеспечению
технологии изготовления электродов измельчению шлако- и газообра-
зующих составляющих и к ограничениям размеров частиц
ферросплавов и легирующих из соображений их полезного их
использования в шихте покрытий.
Однако при производственных методах измельчения материалов
обеспечить одинаковый размер огромного количества частиц не
удается (всегда получается комплекс частиц различного
гранулометрического состава). Повторяемость примерно одинаковых
частиц имеет вид кривой, близкой по форме к кривой распределения вероятностей, но с ограничением в области больших размеров частиц
(все крупные частицы раздроблены). Такое распределение может быть охарактеризовано просевом через сита.
Обычно применяемые размеры частиц материалов электродных
покрытий проверяются ситами с размерами по ГОСТу 3484-53 от
0,45 (т.е. 252 отверстия и 1 см при размере ячейки 0,45мм) до 007.