Лекція № 13

Навчальні питання:

1. Зваpювальнi матеріали. Класифiкацiя зварювальних матеріалів.

2. Зварювальні дроти та електроди для pучного дугового зваpювання. Вимоги до покриття електродів, склад покриття. Класифiкацiя електродів та їх позначення.

3.Флюси, горючі та захисні гази, що застосовуються пpи зварюванні i різанні металів.

Навчальне питання 1. Зваpювальнi матеріали. Класифiкацiя зварювальних матеріалів.

Максимально надійне з´єднання двох роздільних металевих елементів або конструкцій можна забезпечити тільки одним способом - за допомогою застосування зварювання. При цьому для гарного і якісного зварювання необхідна наявність відразу декількох складових - якісний зварювальний апарат, висококваліфікований зварник, висока й стабільна напруга в електричній мережі, а також високоякісні зварювальні матеріали.

Головним видом зварювальних матеріалів є зварювальні електроди, серед яких виділяють електроди для зварювання низьковуглецевої сталі, вуглецевої сталі звичайної якості, спокійної, напівспокійної й киплячі, низьколегованої й високолегованої сталі. Також окремі види електродів призначені для сталі різного способу виплавки - бесемерівського, конвертерного, мартенівського. При цьому кожен вид електродів обов´язково повинен відповідати вимогам ДЕРЖСТАНДАРТ, і мати лише мінімальні відхилення довжині, діаметру, ступеню точності, мати рівномірне і якісне покриття.

Крім електродів до категорії зварювальних матеріалів ставляться сталевий зварювальний дріт, флюси й кабелі для електричного дугового зварювання. Зварювальний дріт застосовується в тих випадках, коли виникає необхідність у наплавленні високолегованої, углеродистой або легованої сталі, звідси й виникає розподіл дроту на углеродистую й леговану. Використання флюсу виконується при напівавтоматичної, автоматичної й электрошлаковой зварюванню в комплексі зі зварювальним дротом. Останнім же видом зварювальних матеріалів є кабелі для електричного дугового зварювання, які служать як з´єднувачі для электродержателей зі зварювальними апаратами.

Навчальне питання 2. Зварювальні дроти та електроди для pучного дугового зваpювання. Вимоги до покриття електродів, склад покриття. Класифiкацiя електродів та їх позначення.

Зварювальний дріт, або присадний дріт - це основний матеріал, використовуваний в автоматизованому процесі зварки. Перевагою даного виду зварки є безперервність процесу, що дозволяє отримати якісний зварний шов. В процесі зварки, електрод, що витрачається, у вигляді зварювального дроту, контрольовано подається в зону зварки, рівномірно покриваючи стик деталей.

Зварювальний процес вимагає захисту розплавленого металу від агресивної земної атмосфери. У зв'язку з цим, в зону зварки також потрібна безперервна подача захисного газу (гелій, аргон, вуглекислий газ або їх суміші). В процесі газозахисної зварки застосовують, зазвичай обміднений, суцільний сталевий зварювальний дріт. Його можна використовувати в процесі зварки різними методами:

- у режимі коротких замикань, з використанням дроту малого діаметру

- при продуктивнішому процесі струменевого перенесення

- при зварці пульсуючим перенесенням, що дозволяє використовувати відносно товстий дріт при зварці тонкостінних деталей.

Сучасні зварювальні апарати, в більшості своїй, дозволяють автоматично регулювати подачу енергії, таким чином, поперемінно задіюючи різні процеси. При газозахисній зварці також застосовуються різні флюси, які служать для можливо повнішого видалення оксидів, що утворюються при зварці. Необхідно завжди стежити щоб зварювальний дріт не був покритий іржею або брудом.

Іншим варіантом є використання так званого порошкового зварювального дроту, що являє собою дуже тонку трубку з м'якої маловуглецевої сталі, усередині якої містяться порошки різних розкислювачів і шлакотворні речовини, а також стабілізатори горіння зварювальної дуги. Це, так звані, самозахисні види порошкового зварювального дроту, які можуть використовуватися без додаткової подачі газу в звичайних умовах, і навіть на вітрі. У інших випадках, спільно з порошковим дротом, що містить серцевину з порошків металів, застосовують дешевший, ніж аргон, вуглекислий газ. Перевага таких зварювальних дротів полягає у малій кількості шлаку, що утворюється на поверхні і який не вимагає додаткової зачистки після закінчення зварювальних робіт.

Порошковий дріт забезпечує навіть більшу продуктивність, ніж при зварці в процесі струменевого перенесення, з використанням суцільного обмідненого дроту. Але при цьому, перед зваркою порошковим електродом, необхідно ретельно зачищати робочі поверхні зв'язаних деталей, що не завжди можливо в "польових" умовах. Порошковий дріт також вельми вимогливий до механізмів автоматичної подачі зварювального апарату. При деформації порошковий дріт стає практично непридатним до використання. Раз у раз, його доводиться витягувати із зварювального устаткування і замінювати на новий.

Зварювальний дріт вибирають виходячи з хімічного складу вхідних в нього легуючих елементів і розкислювачів, що забезпечують задані властивості зварного шва. При газозахисній зварці в дріт часто додається кремній, вміст якого може досягати 1%. Вміст марганцю, що зміцнює зварний шов, в звичайних дротах складає 1-2%. Алюміній, титан і цирконій - будучи дуже сильними розкислювачами, застосовуються в украй малих кількостях (у сумі, до 0,2%). Підвищений вміст вуглецю в зварювальному дроті призводить до зниження пластичності зварного шва. При газозахисній зварці його вміст в дроті оптимальний в межах 0,05-0,12%. Нікель, хром або молібден можуть додаватися в зварювальний дріт для забезпечення корозійної стійкості зварного шва. Також вони покращують його механічні властивості.

Зварювальні дроти класифікуються відповідно до свого хімічного складу і властивостей утворюваного зварювального шва. За американськими нормами зазвичай указується міцність зварного шва в одиницях psi (87000psi приблизно відповідає 600 Кпа). Порошкові дроти також розрізняються положенням при зварці і необхідністю застосування захисних газів. Указувана зазвичай температура плавлення зварювального дроту, може бути рівна або бути трохи нижче за температуру плавлення для зварюваних виробів.

Зварка виробів з вуглецевої сталі найбільш проста, і найчастіше здійснюється газозахисним методом. При зварці неіржавіючих сталей особливо стежать, щоб зварювальний дріт відповідав хімічному складу металу зварюваних деталей. При зварці алюмінію і його сплавів, використовують або чисто алюмінієвий дріт, або такий, що містить домішки магнію, марганцю, цинку, кремнію і міді. Необхідно враховувати, що не всі сплави алюмінію зварюються однаково добре. Іноді, як виняток, для газозахисної зварки кольорових металів і сплавів, таких як мідь, латунь, бронза, свинець і ін., використовують смужки, нарізані з того ж самого матеріалу.

Зварювальний електрод — електрод призначений для використання в дуговому зварюванні металів.

Класифікація.

За ГОСТ 9466—75 передбачається наступна класифікація електродів:

за призначенням — для зварювання вуглецевих, низьколегованих, легованих і високолегованих сталей, а також для наплавки поверхневих шарів з особливими властивостями;

за товщиною покриття — з тонким, середнім, товстим і особливо товстим покриттям;

за видом покриття — з кислим, основним, целюлозним, рутіловим та ін.;

за припустимим просторовим положенням — для зварювання в нижньому, горизонтальному і вертикальному, а також для всіх положень;

за родом і полярністю зварювального струму — для зварювання змінним чи постійним струмом на прямій, зворотній чи будь-якій полярності.

Зварювальні електроди діляться на:

покриті зварювальні електроди — електрод, у якому на металевий стрижень нанесене покриття, що поліпшує умови зварювання.

непокриті зварювальні електроди — металеві електроди без покриттів.

вугільний електрод

По ступені покриття розрізняють:

тонкопокриті електроди

середньпокриті електроди

товстопокриті електроди

Покриті зварювальні електроди виготовляють двома способами:

обпресуванням

зануренням

Різновиди електродних покриттів

Стабілізуючі покриття являють собою матеріали, що містять елементи, які легко іонізують зварювальну дугу. Наносяться тонким шаром на стрижні електродів (тонкопокриті електроди), призначених для ручного дугового зварювання.

Захисні покриття являють собою механічну суміш різних матеріалів, призначених обгороджувати розплавлений метал від впливу повітря, стабілізувати горіння дуги, легувати й рафінувати метал шва. Застосовуються також магнітні покриття, які наносяться на дріт у процесі зварювання за рахунок електромагнітних сил, що виникають між електродним дротом, що перебуває під струмом, і феромагнітним порошком, що перебуває в бункері, через який проходить електродний дріт при напівавтоматичному або автоматичному зварюванні.

Основні види електродних покриттів

Руднокислі електродні покриття містять окисли заліза та марганцю, кремнезем, велика кількість феромарганцю; для створення газового захисту зони зварювання в покриття вводять органічні речовини (целюлозу, деревне борошно, крохмаль й ін.).

Рутилові електродні покриття набувають значного застосування у зв'язку з розвитком видобутку мінералу рутилу, що складає в основному із двоокису титана TiO2. У покриття, крім рутилу, уведені кремнезем, феромарганець, карбонати кальцію або магнію.

Фтористо-кальцієві електродні покриття складаються з карбонатів кальцію та магнію, плавикового шпату та феросплавів.

Органічні електродні покриття складаються з органічних матеріалів, звичайно з оксицеллюлози, до якої додані шлакоутворюючі матеріали, двоокис титана, силікати та ін. і феромарганець у якості розкислювача та легуючої присадки.

Електроди випускають діаметрами 1,6; 2,0; 2,5; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0; 8,0; 10,0 і 12,0 мм (діаметр електрода визначається діаметром металевого стрижня). У залежності від діаметра електрода, а також марки зварювального дроту електроди виготовляють довжиною від 150 до 450 мм. Упаковують їх у коробки-пачки масою не більш 3 кг — для електродів діаметром до 2,5 мм; 5 кг — для електродів діаметром 3,0—4,0 мм; 8 кг — для електродів діаметром понад 4,0 мм.

Електроди підрозділяють на типи відповідно до ГОСТ 9467—75, 10051—75 та 10052—75.ГОСТ 9467—75 поширюється на металеві покриті електроди для ручного дугового зварювання вуглецевих, низьколегованих і легованих конструкційних і легованих теплотривких сталей. Для зварювання вуглецевих і легованих конструкційних сталей передбачено 14 типів електродів (наприклад, Е38, Е42А, Е46 і т. д. до Е150), для зварювання легованих теплотривких сталей — 9 типів (наприклад, Е-09М, Е-05Х2М, Е-09Х1МФ і т. д.). Умовне позначення типу електрода розшифровується так: буква Е — електрод; число, що стоїть за літерою — тимчасовий опір розриву металу чи шва наплавленого металу (так, електроди типу Е46 марок ОЗС-4, АНО-3, МР-1 і інших повинні забезпечити тимчасовий опір розриву не менш 46 кгс/мм², чи 451 Мпа); буква А в кінці позначення типу вказує на підвищені пластичні властивості металу зварного шва. Букви і цифри, що входять у позначення типів електродів для зварювання легованих теплотривких сталей, показують зразковий хімічний склад наплавленого металу.

Для кожного типу електродів розроблена одна або декілька марок, які характеризуються маркою зварювального дроту, складом покриття, хімічним складом, властивостями металу шва та ін.

Крім покритих металевих електродів для ручного дугового зварювання, а також для механізованих видів зварювання в захисних газах застосовують металеві вольфрамові електроди. ГОСТ 23949—80 поширюється на електроди з чистого вольфраму і вольфраму з активуючими присадками, (діоксид торія, оксидів лантану та ітрія), призначені для дугового зварювання неплавким електродом, у середовищі інертних газів (аргону, гелію), а також для плазмових процесів різання, наплавлення і напилювання. Електроди випускають діаметрами 0,5; 1,0; 1,6; 2,0; 2,5; 3,0; ,4,0; 5,0; 6,0; 8,0 і 10,0 мм.

У залежності від хімічного складу електроди виготовляють наступних марок: ЕВЧ — з вольфраму чистого; ЕВЛ — з вольфраму з присадкою оксиду лантану; ЕВИ-1, ЕВИ-2, ЕВИ-3 — з вольфраму із присадкою оксиду іттрию; ЕВТ-15 — із вольфраму з присадкою диоксиду торія. Цифри в марці вольфрамового електрода вказують кількість активуючої присадки, у десятих частках відсотка. Додання до вольфраму оксидів лантану, іттрію чи торію знижує ефективний потенціал іонізації, у результаті чого полегшується запалювання дуги, підвищуються стійкість дугового розряду і стійкість електродів, що дозволяє значно збільшити щільність струму.

Навчальне питання 3. Флюси, горючі та захисні гази, що застосовуються пpи зварюванні i різанні металів.

Зварювальні флюси призначені для захисту зварної ванни від навколишнього середовища і легування металу шва. Вони використовуються при напівавтоматичному та автоматичному зварюванні під флюсом, а також при електрошлакових процесах.

Інше призначення мають флюси, що застосовуються при газовому й дуговому зварюванні вугільним електродом. Такі флюси служать для видалення з металу шва неметалевих включень, для захисту від окиснення кромок металу й присаджувального дроту.

Флюси для дугового зварювання повинні забезпечувати:

захист зони зварювання від повітря;

стійкість горіння дуги;

якість формування металу шва;

щільність шва;

стійкість проти утворення тріщин;

відокремлювання шлаку після застигання;

розкиснення металу шва;

легування металу шва;

зменшення витрат електродного металу на вигоряння і розбризкування.

Зварювальні флюси класифікують за способом виготовлення, хімічним складом тощо.

За способом виготовлення флюси поділяють на плавлені й неплавлені. Плавлений флюс одержують сплавлюванням його компонентів із наступним дробленням на зерна необхідних розмірів. За будовою зерен плавлені флюси поділяються на склоподібні і пемзо-подібні. Склоподібні флюси — це прозорі зерна різних відтінків, які одержують вливанням рідкого флюсу при температурі 1200Х у бак з проточною водою. Пемзоподібні флюси — це зерна пінистого матеріалу різних відтінків, які одержують при вливанні рідкого флюсу, нагрітого до температури 1600°С, у воду. При цьому пара води спінює розплавлену масу, утворюючи пемзоподібний флюс. Розмір зерен — від 0,2 до 4 мм. Краще формування шва спостерігається при використанні пемзоподібних флюсів, а кращий захист зварної ванни забезпечує склоподібний флюс. Перевагою плавлених флюсів є надійний захист зварної ванни, якісне формування шва, легке відокремлення шлаку, низька вартість. Зберігають флюси в сухих приміщеннях у паперових мішках.

Неплавлений флюс одержують механічним змішуванням тонкоподрібнених мінералів, феросплавів, силікатів, зв'язаних рідким склом без сплавлювання. Широко використовують неплавлені керамічні флюси.

Керамічні флюси одержують шляхом змішування компонентів із рідким склом і наступним протиранням через сита або ж із використанням спеціальних грануляторів. Після подрібнення флюс просушують при температурі 150-200°С і прожарюють при температурі 350°С.Перевагою керамічних флюсів є широка можливість легування металу шва через флюс, низька чутливість до іржі, окалини. Керамічні флюси дуже гігроскопічні, тому їх зберігають у герметичних упаковках і жорсткій тарі (через низьку міцність зерен).

За хімічним складом флюси поділяються на оксидні, солеві й солеоксидні. Оксидні складаються з оксидів металів із добавками фторидних сполук і використовують для зварювання вуглецевих і низьколегованих сталей.

Солеві флюси складаються з фторидних і хлоридних солей металів і використовуються для зварювання активних металів.

Солеоксидні флюси складаються з фторидів й оксидів металів і використовують для зварювання легованих сталей.

За призначенням флюси поділяються на групи:

для дугового зварювання вуглецевих і низьколегованих сталей:

для дугового зварювання середньо- і високолегованих сталей;

для електрошлакового зварювання;

для зварювання кольорових металів і сплавів;

для наплавлення.

До окремої групи входять флюси для газового зварювання й зварювання вугільним електродом, які розчиняють оксиди та неметалеві включення металу шва. При цьому утворюється легкоплавка суміш, яка легко піднімається у шлак. Флюси використовують у вигляді порошків або паст. Для зварювання низьковуглецевих сталей їх не застосовують через утворювання легкоплавких оксидів заліза, що вільно виходять на поверхню шва. З флюсами зварюють чавуни, кольорові метали, високолеговані сталі.

Флюси для газового зварювання і зварювання вугільним електродом повинні відповідати таким вимогам:

флюс має бути більш легкоплавким, ніж основний і присаджувальний метал;

флюс повинен мати достатню рідкотєкучість;

флюс не повинен спричиняти корозію швів;

флюс повинен активно розкиснювати оксиди й переводити їх у більш легкоплавкі хімічні сполуки або видаляти їх з ванни;

утворений шлак повинен добре захищати метал від окиснення киснем та азотом повітря;

шлаки повинні добре відокремлюватися від шва після зварювання;

густина флюсу має бути меншою від густини основного й присаджувального металу, щоб шлак добре спливав на поверхню ванни і не залишався в металі шва.

Склад флюсу вибирають залежно від властивостей зварюваного металу.

У зварювальній ванні утворюються основні й кислотні оксиди. Якщо утворюються основні оксиди, то застосовують кислий флюс, а якщо кислотні — основний флюс. В обох випадках реакція проходить за схемою:основний оксид + кислий оксид = сіль.