Классификация и характеристика электродов

Электроды, пред­назначенные для ручной дуговой сварки, в стандартах классифи­цируются по следующим признакам: металлу, для сварки кото­рого они предназначены; толщине и типу покрытия; механиче­ским свойствам металла шва; способу нанесения покрытия (опрес­совкой или окунанием) и др.

Согласно ГОСТ 9466-75 электроды для сварки и наплавки сталей в зависимости от назначения разделены на классы: для сварки углеродистых и низколегированных конструкционных сталей с < 600 МПа — У (условное обозначение); для сварки легированных конструкционных сталей с > 600 МПа— Л; для сварки теплоустойчивых сталей — Т; для сварки высоколе­гированных сталей с особыми свойствами — В; для наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами — Н. Этот ГОСТ регламентирует размеры электродов, толщину и типы покрытий, условные обозначения, общие технические требования, правила приемки и методы испытания.

В этом стандарте в зависимости от отношения полного диа­метра электрода D к диаметру стержня d покрытые электроды разделяются на следующие виды: с тонким покрытием (D/d < 1,2) присвоен индекс М; со средним покрытием (1,2 < D/d ≤ 1,45)—С; с толстым покрытием (1,45 <D/d ≤ 1,8) —Д; с особо толстым покрытием (D/d > 1,8) — Г.

В зависимости от требований к качеству электродов — точности изготовления, состоянию поверхности покрытия, сплошности полученного данными электродами металла шва и содержанию серы и фосфора в наплавленном металле — электроды подразделяют на группы 1, 2 и 3 (таблица 2).

По видам покрытий электроды подразделяются на следующие виды: с кислым покрытием — индекс А; с основным покрытием — Б; с целлюлозным покрытием — Ц; с рутиловым покрытием — Р; с покрытием смешанного вида — соот­ветствующее двойное условное обозначение; с прочими видами покрытий — П. Если покрытие содержит железный поро­шок в количестве более 20%, к обозначению вида покрытия до­бавляют букву Ж.

По допустимым пространственным положениям сварки или наплавки электроды подразделяют на четыре вида: для всех по­ложений — индекс 1; для всех положений, кроме вертикального сверху вниз, — индекс 2; для нижнего, горизонтального на вертикальной плоскости и вертикального снизу вверх — индекс 3; для нижнего и нижнего в лодочку — индекс 4.

По роду и полярности применяемого при сварке или наплавке тока, а также номинальному напряжению холостого хода, исполь­зуемого источника питания сварочной дуги переменного тока ча­стотой 50 Гц, электроды подразделяются на виды, указанные в таблице 3.

Таблица 3 – Обозначение видов электродов в зависимости от рода и полярности сварочного тока

Таблица 2 – Механические свойства металла шва и предельное содержание серы и фосфора по группам

(ГОСТ 9467 – 75)

Типы электродов	Механические свойства металла шва при нормальной температуре	Предельное содержание в наплавленном металле, %
Металла шва или наплавленного металла	Сварного соединения, выполненного электродами диаметром менее 3 мм
Временное сопротивление разрыву В, МПа	Относи- тельное удлинение 5, %	Ударная вязкость КС, МДж/м2	Временное сопротивление разрыву В, МПа	Угол изгиба, град.	серы	фосфора
Группа электродов по ГОСТ 9466 - 75
Не менее
Э38 Э42 Э46 Э50			0,30 0,80 0,80 0,60			0,045	0,040	0,035	0,050	0,045	0,040
Э42А Э46А Э50А Э55 Э60			1,40 1,40 1,30 1,20 0,60	- -	- -	0,035	0,030	0,025	0,040	0,035	0,030
Э70 Э85 Э100 Э125 Э150			0,60 0,50 0,50 0,40 0,40	- - - - -	- - - - -	0,035	0,30	0,25	0,40	0,035	0,035

С учетом приведенных данных условное обозначение электродов должно содержать следующие данные, расположение которых указано на рисунке 23:

Рисунок 23 - Структура условного обозначения электродов

Согласно ГОСТ 9466-751 — тип; 2 — марка; 3 — диаметр, мм; 4 — назначение электродов; 5 — обозначение толщины покрытия; 6 — группа электродов; 7 — группа индексов, указывающих ха­рактеристики наплавленного металла и металла шва по ГОСТ 9467-75, ГОСТ 10051-75 или ГОСТ 10052-75; 8 — обозначе­ние вида покрытия; 9 — обозначение допустимых пространствен­ных положений сварки или наплавки; 10 — обозначение рода применяемого при сварке или наплавке тока, полярности постоян­ного тока и номинального напряжения холостого хода источ­ника питания сварочной дуги переменного тока частотой 50 Гц; 11 — обозначение стандарта ГОСТ 9467-75; 12 — обозначение стандарта на типы электродов.

Такое полное условное обозначение должно быть указано на этикетках или в маркировке коробок, пачек и ящиков с электродами.

Во всех видах документации условное обозначение электродов должно состоять из марки, диаметра, группы электродов и обозначения стандарта ГОСТ 9466-75.

Так, например, для электродов типа Э46А, марки УОНИ 13/45, диаметром 3мм, для сварки углеродистых и низколегированных сталей У, с толстым покрытием Д, 2-й группы с установленной по ГОСТ 9467- 75 группой индексов, указывающих характеристики наплавленного металла и металла шва, с основным покрытием Б, для сварки во всех пространственных положениях 1, на постоянном токе обратной полярности О полное обозначение будет иметь следующий вид:

Э46А – УОНИ-13/45-3,0-УД2 -ГОСТ 9466-75, ГОСТ 9467-75

Е -432 (5)-Б10

а обозначение в технических документах:

- электроды УОНИ-13/45-3,0-2 — ГОСТ 9466-75.

Согласно требованиям ГОСТ 9467-75 в условном обозначе­нии электродов для сварки углеродистых и низколегированных сталей с временным сопротивлением разрыву менее 600 МПа в знаменателе группа индек­сов, указывающих характеристики наплавленного металла, долж­на быть записана следующим образом: первые два индекса указы­вают минимальное значение величины , а третий ин­декс одновременно условно характеризует минимальные значе­ния показателей δ₅ и температуры Т_х, при которой определяется ударная вязкость.

Таким образом, третья цифра будет означать: 0 — δ₅< 20 и Тх не регламентированы; 1 — δ₅= 20 и Т_х = +20°С; 2 — δ₅= 22 и Т_х = 0°; 3 - δ₅ = 24 и Т_х = -20 °С; 4 - δ₅ = 24 и Т_х = -30 °С; 5 - δ₅ = 24 и Т_х = -40 °С; 6 — δ₅= 24 и Т_х = -50 °С; 7 — δ₅= 24 и Т_х = -60 °С. Если показатели δ₅ и Т_х различны, то третий индекс соответствует минимальному зна­чению показателя δ₅, а для Т_х вводится дополнительно, в скобках, четвертый индекс, характеризующий показатель Т_х. Так, например, для электродов УОНИ-13/45 этот показатель был 432 (5), что соответствует — 430 МПа; δ₅= 22% и Т_х = -40 °С.

В ГОСТ 9467-75 «Электроды покрытые металлические для ручной дуговой сварки конструкционных и тепло­устойчивых сталей» регламентировано 14 типов электродов для сварки конструкционных сталей и 9 типов электродов для сварки теплоустойчивых сталей.

Для сварки конструкционных сталей тип электрода содержит букву Э, вслед за которой цифрами указана величина вре­менного сопротивления при разрыве; например: Э42, Э50 ... Э150. У некоторых типов электродов после цифр поставлена буква А, что характеризует более высокие характеристики пла­стичности наплавленного металла. Электроды этого типа регламентированы только по характеристикам механических свойств ( ,δ_5, α_н) угол загиба) и содержанию серы и фосфора в наплавленном металле.

Типы электродов для сварки теплоустойчивых сталей в своем обозначении содержат характеристики химического состава на­плавленного металла; например: Э-09Х1М; Э-05Х2М; Э-09Х2М1; Э-09Х1МФ; Э-10Х1М1НФБ и т. д. Стан­дарт регламентирует эти электроды как по химическому составу наплавленного металла, так и по его механическим свойствам ( ,δ_5, α_н). Обозначения типов электродов состоят из индекса Э (электроды для дуговой сварки) и следующих за ним цифр и букв. Две цифры, следующие за индексом, указывают среднее содержание углерода в наплавленном металле в сотых долях про­цента. Цифры, следующие за буквенными обозначениями хими­ческих элементов, показывают среднее значение элемента в процентах.

В условном обозначении электродов для сварки сталей с > 600МПа группа индексов, обозначающих характеристики наплавленного металла и металла шва, указывает среднее содержание основных химических элементов в наплавленном металле и минимальную температуру, при которой ударная вязкость металла составляет не менее 0,35 МДж/м².

У электродов для сварки теплоустойчивых сталей вслед за индек­сом, характеризующим _н, вводится дополнительный индекс, который указывает максимальную рабочую температуру, при которой регламентированы показатели длительной прочности наплавленного металла и металла шва (0 - ниже 450°; 1 - 450-465°; 2 - 470-485°; 3 - 490-505°; 4 - 510-525°; 5 - 530-545°; 6 - 550-565°; 7 - 570-585°; 8 - 590-600°; 9 - свыше 600 °С).

Так, например, электроды для сварки теплоустойчивых ста­лей типа Э-09Х1МФ по ГОСТ 9467-75 имеют маркировку

Э-09Х1МФ-ЦЛ-20-4,0-ТДЗ _ ГОСТ 9466-75, ГОСТ 9467-75,

Е-27-Б10

т. е. марка покрытия ЦЛ-20, диаметр 4 мм, сварка теплоустойчи­вых сталей Т, толстое покрытие Д, 3-я группа, Т_х = 0°С (ин­декс 2) и температура эксплуатации 570-585°С (индекс 7), основное покрытие Б, сварка во всех пространственных положе­ниях (индекс 1) на постоянном токе обратной полярности (ин­декс 0).

Электроды для сварки высоколегированных сталей с осо­быми свойствами должны удовлетворять требованиям ГОСТ 10052-75. Большое разнообразие служебного назначения этих сталей определяет и большой типаж электродов для их сварки. Стандартом предусмотрено 49 типов электродов для сварки хро­мистых и хромоникелевых сталей, коррозионно-стойких, жаро­прочных и жаростойких высоколегированных сталей мартенситно-ферритного, ферритного, аустенитно-ферритного и аустенитного классов.

В основу классификации электродов по типу положены хими­ческий состав наплавленного металла и механические свойства. Для некоторых типов электродов нормируется также содержание в структуре металла шва ферритной фазы, его стойкость против межкристаллитной коррозии и максимальная температура, при которой регламентированы показатели длительной прочности металла шва.

Показатели механических свойств приведены в состоянии после сварки либо после термообработки.

С учетом требований ГОСТ 9466-75 полное обозначение электродов этого типа, например Э-10Х25Н13Г2Б с покрытием марки ЦЛ-9, имеет следующий вид:

Э-10Х25Н13Г2Б –ЦЛ-9 - 5,0 –ВД1 - ГОСТ9466-75, ГОСТ 10052-75,

Е -2075 –Б30

а в технической документации: электроды ЦЛ-9 - 5,0 -1 – ГОСТ 9466-75

Это обозначение имеет следующие данные: электроды типа Э-10Х25Н13Г2Б по ГОСТ 10052-75, маркиЦЛ-9, диаметром 5мм для сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами В, с толстым покрытием Д, 1-й группы, с установленной по ГОСТ 10052—75 группой индексов, характеризующих наплав­ленный металл 2075 (2 — стойкость металла против межкристаллитной коррозии; 0 — требований по максимальной рабочей температуре наплавленного металла и металла шва нет; 7 — максимальная рабочая температура сварных соединений 910—1000°С, до которой допускается при­менение электродов при сварке жаростойких сталей, 5 — содер­жание ферритной фазы в наплавленном металле 2—10%).

Если структура наплавленного металла не двухфазная (А + Ф), числовой индекс, характеризующий наплавленный металл, будет содержать только три цифры. Далее Б означает основное покры­тие, цифра 3 — пригодность для сварки в нижнем горизонталь­ном на вертикальной плоскости и в вертикальном снизу вверх положении, 0 — для сварки на постоянном токе обратной поляр­ности.

Существует также стандарт на электроды для наплавки ГОСТ 10051-75 «Электроды металлические для дуговой наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами», который регламен­тирует 43 типа электродов для наплавочных работ. В этом стан­дарте регламентирован химический состав наплавленного металла и его твердость.

Принцип обозначения химического состава наплавленного металла прежний – среднее содержание основных химических элементов указано с точностью до 1% после следующих буквенных символов: А – азот, Б – ниобий, В – вольфрам, Г – марганец, К – кобальт, М – молибден, Н - никель, Р – бор, С – кремний, Т – титан, Ф – ванадий, Х – хром.

Для характеристики твердости наплавленного металла пред­усмотрено два цифровых индекса: первая цифра характеризует твердость (0 — не менее HRC 19; 1 — HRC 19—27; 2 — HRC 28-33; 3 - HRC 34-38; 4- HRC 39-44; 5 - HRC 45-50; 6 - HRC 51-56; 7 - HRC 57-60; 8 - HRC 61-63; 9 - свыше HRC 63); вторая цифра показывает условия получения регламентируемой твердости (1 — в состоянии после наплавки, 2 — после термообработки). С учетом сказанного и согласно ГОСТ 9466-75, например, электрод типа Э-10ГЗ будет иметь полное обозначение в следующем виде:

Э-10ГЗ-ОЗН-ЗООУ-4,0-НД1 - ГОСТ 9466-75, ГОСТ -10051-75

Е-300/2-1-Б40

и в технических документах электроды:

ОЗН-ЗООУ-4,0-1- ГОСТ 9466-75.

Здесь указано: тип электрода Э-10ГЗ по ГОСТ 10051—75, марки ОЗН — ЗООУ, диаметром 4 мм, для наплавки поверхно­стных слоев с особыми свойствами (Н), с толстым покрытием Д, 1-й группы с установленной по ГОСТ 10051-75 группой индек­сов, указывающих характеристики наплавленного металла 300/2—1, что означает среднюю твердость НВ 300 (индекс 2) в исходном состоянии после наплавки (индекс 1), с основным покрытием (Б), для наплавки в нижнем положении (4) на постоян­ном токе обратной полярности (0).

Ввиду малого объема применения электродов для ручной сварки меди и ее сплавов, алюминия и алюминиевых сплавов ГОСТов на них нет.

Металлические стержни электродов для сварки меди и ее сплавов изготовляют из сварочной проволоки и прутков согласно ГОСТ 16130-72 или литых стержней другого состава. В состав покрытия могут входить такие же компоненты, как и в покры­тия электродов для сварки сталей (шлакообразующие, раскислители и т. д.). Сухую шихту также замешивают на жидком стекле.

Металлические стержни электродов для сварки алюминия и его сплавов изготовляют из сварочной проволоки (ГОСТ 7871—75). Основу покрытия составляют галоидные соли щелоч­ных и щелочноземельных металлов и криолит. Сухую шихту замешивают на воде или водяном растворе поваренной соли, так как при использовании жидкого стекла ввиду его химического взаимодействия с компонентами шихты замес быстро твердеет. Кроме того, кремний, восстанавливаясь из жидкого стекла в ме­талл шва, ухудшает его свойства.

Металлические стержни электродов для сварки чугуна могут быть стальными, из медно-никелевых сплавов, комбинированными (медно-стальными, железоникелевыми). В этих случаях для покрытия электродов используют те же компоненты, что и для стальных электродов. В покрытие электродов со стальным стерж­нем вводят углерод, кремний и другие графитизаторы, титан, ванадий и т. п. как карбидообразующие. Применяют и элек­троды, металлические стержни которых изготовляют из чугуна, отлитого в кокиль или песчаную форму. Сухие компоненты покры­тия замешивают на жидком стекле. При изготовлении электродов для сварки меди, алюминия и чугуна покрытие на металлический стержень наносят методом окунания.

4.2 Типы покрытий и свойства электродов

Все покрытия должны удовлетворять следующим требо­ваниям :

обеспечивать стабильное горение дуги;

физические свойства шлаков, образующих при плавлении электрода, должны обеспечивать нормальное формирование шва и удобное манипулирование электродом;

не должны происходить реакции между шлаками, газами и металлом, способные вызвать образование пор в сварных швах;

материалы покрытия должны хорошо измельчаться и не вступать в реакцию с жидким стеклом или между собой в замесе;

состав покрытий должен обеспечивать приемлемые сани­тарно-гигиенические условия труда при изготовлении электро­дов и в процессе их сгорания.

Электрод, состоящий из электродного стержня и покрытия, при плавлении образует расплавленный металл и шлак. Шлак должен обладать определенными физическими и химическими свойствами.

К физическим свойствам шлака относят температуру плавле­ния, температурный интервал затвердевания, теплоемкость, теплосодержание, вязкость, способность растворять окислы, сульфиды и т. д., плотность, газопроницаемость и коэффициен­ты линейного и объемного расширения.

К химическим свойствам относят способность шлака рас­кислять расплавленный металл сварочной ванны, связывать окислы в легкоплавкие соединения, а также легировать расплавленный металл сварочной ванны.

Физические свойства образующихся шлаков оказывают значительное влияние на процесс сварки и формирование сварного шва. Во всех электродных покрытиях при их плавле­нии плотность шлака должна быть ниже плотности металла сварочной ванны, что обеспечит его всплывание из сварочной ванны. Температурный интервал затвердевания шлака должен быть ниже температуры кристаллизации металла сварочной ванны, иначе слой шлака не будет пропускать выделяющиеся из сварочной ванны газы. Шлак должен покрывать сварной шов по всей поверхности ровным слоем.

Шлаки, образующиеся при плавлении электродных покрытий, бывают «длинные» и «короткие». «Длинными» называют такие шлаки, в составе которых содержится значительное количество кремнезема. Возрастание их вязкости при понижении темпе­ратуры происходит медленно. Электроды, имеющие покрытия, образующие при плавлении «длинные» шлаки, не пригодны для сварки в вертикальной и потолочной плоскостях, так как сварочная ванна длительное время находится в жидком состоя­нии. Для сварки во всех пространственных положениях применяют электроды, покрытия которых при плавлении дают «короткие» шлаки; возрастание вязкости расплавленного шлака с понижением температуры происходит быстро, поэтому закристаллизовавшийся шлак препятствует стеканию металла шва, находящегося еще в жидком виде. «Короткие» шлаки дают электроды с рутиловым и основным покрытием.

Достаточно хорошую отделимость шлаковой корки от поверхности металла получают при применении шлаков, имеющих коэффициент линейного расширения, отличающийся от коэффициента линейного расширения металла.

Органические соединения, используемые в покрытиях, — мука, крахмал, декстрин, целлюлоза, дают в основном только газовую защиту. В качестве шлакообразующих добавок исполь­зуют рутил, титановый концентрат, марганцовую руду, окислы марганца и железа чаще в виде руд (гематита, марганцовой руды), алюмосиликаты (гранит), полевой шпат, карбонаты (мрамор) и т. д.

Газовая защита обеспечивается за счет разложения органи­ческих составляющих и в результате образования углекислого газа при диссоциации мрамора (СаС0₃) в процессе нагрева. Име­ющиеся в покрытии ферросплавы связывают кислород, который отдают при нагревании шлакообразующие окислы, входящие в покрытие.

Газовая защита образуется в результате диссоциации органи­ческих веществ при температурах выше 200°С:

C_n(H₂O)_n-1 →(n – 1)CO + (n – 1)H₂ + C

и диссоциации карбонатов при температуре ~900 °С (при парци­альном давлении в газовой фазе Рсо₂ = 1МПа)

СаС0₃ →СаО+ СО₂

MgCO₃ → MgO + CO₂

а также последующей диссоциации CO₂

CO₂ →СО + ½ О₂

Процесс диссоциации происходит недалеко от торца электрода. Расчеты показывают, что при температуре 0°С и давлении 1 МПа диссоциация 1г органических соединений приводит к выделению примерно 1450 см³ СО + Н₂, а 1 г карбоната СаС0₃ — к выделению 340 см³ газов. В столбе дуги газы нагреваются до средней температуры 550 — 800°С; объем выделившихся при этих температурах газов составляет соответственно 1000—1400 см³ (при нагреве газа на 1°С его объем увеличивается на 1/273). При обычном составе электродных покрытий на каждый грамм металла электродного стержня выделяется 90— 120 см³ защитного газа (С0₂, Н₂), что обеспечивает достаточно надежное оттеснение воздуха от зоны сварки и попадание очень небольшого количества азота в металл шва (не свыше 0,02 — 0,03%).

Состав шлакообразующих может быть различным; это окислы СаО, Мg0, МnО, FеО, А1₂0₃, SiO₂, ТiO₂, Na₂O, галогены СаF₂ и др.

При изготовлении электродов для сварки алюминия и его сплавов ввиду его большого сродства к кислороду применять покрытия из окислов нельзя, так как металл будет разрушать эти окислы и интенсивно окисляться. В этих случаях покрытия практически полностью состоят из бескислородных соединений, хлоридов и фторидов (КС1, NаС1, КF и т. п.).

Существует следующая классификация типов электродных покрытий: рудно-кислое, основное, рутиловое, целлюлозное, смешанное, специальное.

1 Руднокислое покрытие (А) состоят из оксидов железа, марганца, титана, кремния. Они представляют собой шлаковую основу покрытия. При плавлении образуются шла­ки с ярко выраженными окислительными свойствами и зат­вердевающие в виде легко отделяющейся сотовой структуры. Газовую защиту обеспечивают небольшие добавки органичес­ких компонентов, например, целлюлозы. В качестве раскислителя и легирующего компонента используют ферромарганец. При плавлении кислых покрытий большая часть введен­ных в них ферросплавов окисляется рудами; легирование металла кремнием и марганцем идет по схеме кремнемарганцевосстановительного процесса; оно не позволяет легировать металл элемен­тами с большим сродством к кислороду. Образующиеся шлаки, обычно кислые, не содержат СаО и не очищают металл от фосфора. В наплавленном металле много растворенного кислорода и неме­таллических включений.

С энергетической точки зрения электроды с таким покрытием имеют ряд преимуществ: характеризуются достаточно высокой скоростью расплавления, обеспечивают сварку на форсированных режимах. Электроды с кислым покрытием, обладают высокой проплавляющей способностью. Они наиболее технологичны при сварке в нижнем положении, но могут применяться и для вы­полнения вертикальных и горизонтальных швов.

С металлургической точки зрения электродам с кислым покрытием присущ ряд существенных недостатков: металл шва имеет повышенное содержание кислорода, фосфора, серы и чувствителен к образованию холодных и горячих трещин, осо­бенно при сварке спокойных сталей. Электроды с руднокислым покрытием обеспечивают весьма посредственный уровень характеристик механических свойств металла шва, неблагопри­ятны по санитарно-гигиеническим показателям. Поэтому об­ласть их применения ограничена, и в настоящее время они заменены более совершенными.

2 Рутиловое покрытие (Р). В настоящее время электроды обще­го назначения выпускают в основном с рутиловым покрыти­ем. Они обладают высокими сварочно-технологическими свой­ствами, обеспечивающими получение швов с гладкими и плав­ными очертаниями во всех пространственных положениях, удовлетворительным для конструкций уровнем механических свойств металла шва, в состав покрытия можно вводить большое количество железного порошка для повышения коэф­фициента наплавки ("высокопроизводительные" электроды), хорошими санитарно-гигиеническими свойствами при их изго­товлении и при сварке. Покрытие рутиловых электродов со­держит до 45-50% рутила или ильменита. Кроме того, они содержат минеральные силикаты (слюду, полевой шпат, маршаллит), карбонаты (магнезит, мрамор), небольшие добавки органических компонентов (целлюлозу). В качестве легирую­щего и раскисляющего компонента используют ферро­марганец. При комплексном раскислении увеличивается склон­ность металла шва к порообразованию. Титаносиликатные шлаки обладают более слабой окислительной способностью, чем кислые шлаки - силикаты, характерные для кислого и окис­лительного покрытий. Поэтому металл шва при сварке элект­родами с рутиловым покрытием в меньшей степени загрязнен эндогенными неметаллическими включениями, что в основном и предопределяет его более высокие вязкопластические свой­ства.

3 Основное покрытие (Б) обычно базируется на карбонате каль­ция и плавиковом шпате (реже других фторидных соединениях). В состав покрытия вводят также минеральные силика­ты (кварц, гранит и т.д.) и несколько раскислителей одно­временно (ферромарганец, ферросилиций и ферротитан, реже вместо ферротитана применяют алюминиевый порошок). С ме­таллургической точки зрения, образующийся шлак, содержащий оксиды кальция, кремния, железа, алюминия, носит ярко вы­раженный основной характер, что отличает его от ранее рас­смотренных шлаковых систем. Шлак состоит из темных столб­чатых кристаллитов CaSiO₃ на фоне силикатной матрицы и светлой дендритной сетки Fe₂O₃ 2CaO₃, имеет плотное стро­ение, коричневый или темно-коричневый цвет и блестящую стекловидную поверхность. Его отделимость хуже, чем титаносодержащих шлаков рутиловых и целлюлозных электродов.

Сварку электродами с основным покрытием осуществляют на постоянном токе обратной полярности. Для сварки пере­менным током необходимы специальные меры: дополнительное введение в состав покрытия ионизаторов, применение электро­дов со специальным двухслойным покрытием и т.д. Основной шлак, как правило, пригоден для сварки во всех пространст­венных положениях, однако для обеспечения сварки сверху вниз ему необходимо придать специальные физические свойст­ва. Технологичность основного покрытия при сварке корнево­го слоя шва обычно хуже, чем целлюлозного.

Диссоциация карбонатов основного покрытия обеспечивает интенсивную газовую защиту расплавленного металла, а ос­новной шлак - десульфурацию металла. Физические свойства основного шлака определяют достаточно полное интенсивное удаление из металла шва неметаллических включений. Рас­кисление и модифицирование металла шва происходит благода­ря использованию активных раскислителей. Малое содержание оксидных включений в металле шва в сочетании с благоприят­ным составом сульфидных фаз обусловливает высокие вязко-пластические свойства металла шва и хорошую сопротивляе­мость образованию горячих трещин. На базе основных покры­тий выпускают "низководородистые" электроды, обладающие малой чувствительностью к образованию холодных трещин.

К недостаткам основного покрытия электродов следует от­нести: низкую технологичность при сварке переменным то­ком; трудности при изготовлении, в частности, необходимо применение особых добавок, пластифицирующих обмазочную массу; чувствительность к порообразованию при увлажнении покрытия и наличии влаги, окалины или ржавчины на свари­ваемых кромках. В связи с высокой степенью раскисления сварочная ванна адсорбирует водород в значительно большем количестве, чем кипящая. Поэтому необходимо строго ограничивать содержание влаги в электродном покрытии путем вы­сокотемпературной прокалки их на заводе-изготовителе, пов­торной прокалки перед сваркой, хранением непосредственно перед сваркой в специальных термопеналах и т. д.

Основное покрытие используется для электродов специального назначения: высокопрочных, хла­достойких, теплоустойчивых, жаропрочных, коррозионно-стой­ких и т.д.

4 Целлюлозное покрытие (Ц). При введении в рутилосиликатное покрытие 30-40% целлюлозы электроды приобретают ярко вы­раженные газозащитные свойства. Покрытие электродов иног­да содержит ряд специальных компонентов, например асбест. Раскисление сварочной ванны осуществляется с помощью фер­ромарганца. Введение активных раскислителей (ферротитана и особенно ферросилиция) увеличивало бы чувствительность ме­талла шва к образованию пор. Уровень механических свойств металла шва примерно такой же, как и при сварке электрода­ми с рутиловым покрытием. Количество образующегося сва­рочного шлака невелико, он легко отделяется даже при свар­ке многослойных швов в достаточно глубокие разделки. Вы­сокое содержание водорода в атмосфере дуги определяет по­вышенное напряжение в приэлектродных областях.

Электроды с целлюлозным покрытием характеризуются вы­сокой проплавляющей способностью и значительной скоростью расплавления. Они обеспечивают сварку во всех пространст­венных положениях, в том числе сварку сверху вниз, с высо­кой линейной скоростью - до 25 м/ч. Сварка корневого слоя шва осуществляется опиранием торца электрода на сваривае­мые кромки с формированием с обратной стороны шва плав­ного валика. Поэтому при сварке отпадает необходимость подварки швов изнутри и обеспечивается наиболее благоприятная, с точки зрения работоспособности, форма зоны проплавления сварных соединений. Электроды с покрытием этого вида наи­более широко применяют для сварки стыков магистральных трубопроводов.

К недостаткам следует отнести повышенные потери элект­родного металла на разбрызгивание, образование узких трещиноподобных подрезов по свариваемым кромкам (для устра­нения которых корневой шов обрабатывают абразивными дис­ками), грубочешуйчатую поверхность швов, высокий уровень содержания в металле шва диффузионно-подвижного водорода. Для предотвращения влияния водорода при наличии мартенси­та в зоне термического влияния на образование холодных трещин перед сваркой электродами с целлюлозным покрытием осуществляют подогрев кромок до 100-200°С. После сварки корневого слоя выполняют «горячий проход» (второй слой на­носят, пока первый не охладился ниже 100^оС), температуру между слоями поддерживают на уровне 60-80^оС. Технологи­ческая особенность электродов с рассматриваемыми покры­тиями, объединяющая их с рутиловыми, - необходимость пре­дотвращения излишне низкой влажности во избежание образования пор (для целлюлозного по­крытия содержание влаги находится в пределах 1,5-5,0%).

5 Смешанное покрытие. Кроме перечисленных типов покрытий существуют рутилокарбонатные, карбонатно-рутиловые и рутилокарбонатнофтористые покрытия. Электроды с такими покрытиями появились в результате по­пыток объединить преимущества рутиловых и основных покрытий. В результате несколько повышаются вязкопластические свойства металла в сравнении со сваркой электродами с чис­то рутиловым покрытием (рутилокарбонатное покрытие) или улучшаются физические свойства основных шлаков при одно­временном снижении чувствительности к порообразованию ме­талла шва (карбоната-рутиловое покрытие).

К специальным электродным покрытиям относятся, в частности, так называемые "гидрофобные" покрытия. Необходи­мость в таких покрытиях определяется большим объемом сва­рочных работ, выполняемых в особых условиях (при повышен­ной влажности окружающего воздуха, под водой, например, при сварке и ремонте оснований платформ для добычи нефти и газа в открытом море или при ремонте морских трубопро­водов и т.д.). Существует два основных пути создания гидро­фобных покрытий:

- добавка в обычное связующее электродных покрытий (жид­кое стекло) гидрофобных полимеров (до 10% специальных кремнийорганических соединений, синтетических смол, лаков и т.д.). Введение полимеров позволяет в процессе полимериза­ции в смеси с отвердителем (рудоминеральными компонента­ми покрытия) получать гидрофобную смолу сложного состава, заполняющую поры между частицами покрытия и перекрываю­щую пути проникновения влаги во внутренние слои покрытия;

- замена силикатного связующего полимеризующимся орга­ническим, обладающим целым, рядом специальных физико-хи­мических свойств (необходимой вязкостью; адгезией к метал­лу; пластифицирующей способностью; подходящим режимом от­верждения и т.д.).

При использовании в качестве связующих полимеров уда­ется в несколько раз снизить содержание влаги в электрод­ном покрытии и сохранить необходимую механическую проч­ность при работе во влажной атмосфере и под водой.

Покрытия, наносимые на стержни слоем 0,8—1,5 мм на сторону, отно­сятся к виду С или Д. Коэффициент массы покрытия электродов этого вида k = 0,3…0,45, а для покрытия типа тонкого (М) только 0,1. Покрытия кислого типа обеспечивают наплавленному металлу прочность и пластичность, соответствующую электродам типа Э42. Электроды, дающие наплавленный металл по­вышенной пластичности, могут быть получены только при основном покрытии.

Типу Э38 соответствуют электроды с тонким стабилизирую­щим, чаще всего меловым покрытием. Коэффициент массы такого покрытия 0,03—0,05. Оно практически не защищает металл от воздействия воздуха и предназначено только для стабилизации дуги (прежде всего при переменном токе). Вследствие низких механических свойств металла шва, недостаточно стабильного горения дуги (по сравнению с толстопокрытыми электродами) и невысокой производительности электроды с меловым покрытием применяют очень редко.

На основе электродов с особо толстым покрытием (Г) раз­работаны электроды для специальных целей.

В покрытие электродов для сварки глубоким проплавле­нием вводят повышенное количество органического вещества — целлюлозы (до 30%), рутила, карбонатов и железа. Покрытие наносят слоем повышенной толщины (коэффициент массы покры­тия 0,8—1). В результате этого при сварке на торце электрода образуется глубокая втулка из нерасплавившегося покрытия, что способствует направленному мощному потоку газов, выделяющихся в большом количестве при разложении органических веществ, а это обеспечивает оттеснение жидкого металла из-под дуги и более глубокое проплавление основного металла.

Введение в покрытие железного порошка до 20% (покрытие с индексом Ж) улучшает технологические свойства электродов (стабильность дуги, равномерность расплавления покрытия и др.). При содержании порошка до 60% повышается производитель­ность сварки, так как в шов вводится дополнительный металл. Коэффициент массы покрытий таких электродов составляет k = 1,2…1,8.

Для сварки лежачим и наклонным электродом применяют удлиненные электроды (до 2 м) диаметром до 8 мм. Покры­тие этих электродов обычно также имеет повышенную тол­щину.

Одному и тому же типу электрода могут соответствовать электроды с покрытиями различного вида и различным составом стержня. Покрытия одного вида могут иметь различный состав.

Конкретный состав покрытия и стержня в данном электроде определяет так называемая марка электрода. Обозначения марок часто содержат начальные буквы названия организации, в кото­рой были разработаны электроды, и порядковый номер.

Электроды характеризуют по свойствам наплавленного ими металла, к которым относятся: прочность, пластичность, удлинение, ударная вязкость, твердость, коррозионная стойкость, стойкость против старения, а при наплавочных работах и износостойкость.

4.3 Электроды для сварки углеродистых и

низколегированных конструкционных сталей

Согласно ГОСТ 9467-75 электроды подразделяются на следующие типы:

Э38, Э42, Э46 и Э50 – для сварки сталей с временным сопротивлением разрыву до 500 МПа;

Э42А, Э46А и Э50А – для сварки сталей с временным сопротивлением разрыву до 500 МПа, когда к металлу сварных швов предъявляют повышенные требования по пластичности и ударной вязкости;

Э55 и Э60 - для сварки сталей с временным сопротивлением разрыву свыше 500 МПа до 600 МПа.

Электроды для сварки углеродистых и низколегированных конструкционных сталей выпускаются с разным покрытием.

Электроды с руднокислым покрытием марок СМ-5, КПЗ-32Р и УНЛ-1 и другие предназначены для сварки низкоуглеродистых сталей во всех пространственных положениях.

Электроды с основным покрытием марок УОНИ-13/45, УОНИ-13/45А, УОНИ-13/55, УОНИ-13/55С, ДСК-50, УП-1/55СМ-11, УП-1/45, УП-2/45 и др. предназначены для сварки низкоуглеро­дистых, среднеуглеродистых и низколегированных сталей, когда к металлу шва предъявляются повышенные требования по пластичности и ударной вязкости. Металл шва имеет высокую стойкость против образования кристаллизационных трещин и характеризуется низким содержа­нием водорода. Электроды этой группы пригодны для сварки во всех пространственных положениях.

Электроды с рутиловым покрытием марок АНО-3, АНО-4, МР-3, МР-3А, ОЗС-4, ОЗС-6, РБУ-4, РБУ-5, ЗРС-2, ОЗС-3, ОЗС-12 предназна­чены для сварки низкоуглеродистых сталей во всех простран­ственных положениях кроме вертикального сверху вниз.

Электроды с ильменитовым покрытием марок АНО-4И, МР-3М предназна­чены для сварки низкоуглеродистых сталей во всех простран­ственных положениях кроме вертикального сверху вниз.

Электроды марки УОНИ-13/65 предназначены для свар­ки среднеуглеродистых и низколегированных хромистых, хромо-молибденовых и хромокремнемарганцовых сталей во всех пространственных положениях.

4.4 Электроды для сварки теплоустойчивых сталей

Электроды А марки ЦЛ-14 предназначены для сварки конструкций из сталей 12МХ, 15ХМ и 20МХ-Л, работающих при температуре до 550°С. Сварка возможна во всех простран­ственных положениях.

Электроды Б марки ГЛ-14 предназначены для сварки конструкций из стали 12МХ, работающей при температуре до 560 ^оС. Сварка возможна во всех пространственных поло­жениях.

Электроды Б марки ЦЛ-30-63 предназначены для сварки сталей 34ХМ и 20ХЗМВФ. Сварка возможна в нижнем и вертикальном положениях..

Электроды Б Марки ЦЛ-20-63 используют при сварке перлитных хромомолибденованадиевых сталей 20ХМФ, 20ХМФ-Л и 12Х1М1Ф. Конструкции из указанных сталей дли­тельно работают при температуре до 570°С.

Электроды Б марки ЦЛ-26М-63 предназначены для сварки конструкций жаропрочных сталей перлитного класса 15ХМФКР и 12Х2МФБ, работающих при температуре до 600°С.

Электроды Б марки ЦЛ-17-63 предназначены для сварки сталей Х5М и 15Х5МФА, работающих при температу­рах до 450°С.

Электроды Б марки СЛ-16 предназначены для сварки сталей Х5ВФ, 06X13 и Х17.

Электроды Б марки ЛМЗ-1 предназначены для сварки сталей типа 1X13. Сварка возможна только в нижнем положении.

Сварку электродами ЦЛ-20-63, ЦЛ-26М-63, ЦЛ-17-63 и СЛ-16 выполняют во всех пространственных положениях.

4.5 Электроды для сварки коррозионностойких,

жаростойких и жаропрочных сталей и

сплавов

Для сварки коррозионностойких сталей рекомендуются следующие марки электродов с основным покрытием (Б):

ОЗЛ-14 - для сварки сталей ОХ18Н10Т, ОХ18Н10 и Х18Н10Т и им подобных, когда к металлу шва предъявляются требования стойкости против межкристаллитной коррозии;

ОЗЛ-8 - для сварки сталей 08Х18Н10, 12Х18Н9 и им подобных, работающих при температуре до 350°С;

ЦЛ-11-для сварки сталей Х18Н10Т, Х18Н9Т, ОХ18Н12Т, ОХ18Н12Б, 1Х21Н5Т, 1Х16Н13Б и им подобных, когда к металлу шва предъявляются жесткие требования стойкости к межкристаллитной коррозии;

ЦТ-15-1 — для сварки стали Х18Н12Т и ей подобных, работающих при температуре 600 - 650° С, и высоком давлении;

ЗИО-3 - для сварки сталей Х18Н10Т, Х18Н9Т и им подоб­ных, работающих при температуре до 560°С или в условиях, когда к металлу шва предъявляются требования стойкости против межкристаллитной коррозии.

Для сварки жаростойких сталей и сплавов используются электроды ОЗЛ-6, ЦЛ-25, ОЗЛ-4, ОЗЛ-9а и ГС-1, ОЗЛ-5 и ЦТ-17.

Электроды ОЗЛ-6 предназначаются для сварки сталей Х25Т, Х28 и других, работающих при температуре 1150°С; ЦЛ-25 - для сталей Х25Т, Х28, Х23Н18, работающих при температуре выше 850° С; ОЗЛ-4 — для сталей Х25Т, Х28, Х23Н18, работающих при температуре 968-1100° С; ОЗЛ-9А -для сталей Х23И13, Х23Н18 и им подобных, работающих в окислительных и науглероживающих средах при температуре 900-1050°С; ГС-1-для сталей Х20Н14С2, Х25Н20С2 и им подобных, работающих при температуре до 1050⁰С (первого слоя); ОЗЛ-5 - для сталей Х25Н20С2, Х2Ш14С2, работающих в интервале температур 900—1100°С; ЦТ-17 —для стали Х20Н14С2 и ей подобных, работающих при температурах 900-1100^оС.

Для сварки жаропрочных сталей и сплавов применяются следующие электроды с основным покрытием.

Электроды ЦТ-16-1 применяются для выполнения облицовочных и корневых швов сталей 1Х16Н14В2БР, 1Х16Н16В2МБР и им подобным.

Электроды ЦТ-16 предназначены для сварки сталей 1Х16Н14В2БР, 1Х16Н16В2МБР, работающих при температуре до 700^оС.

Электроды ЦТ-7 предназначены для сварки сталей 1Х16Н13М2Б, Х23Н18, и им подобных, работающих при температуре до 620^оС.

Электроды ОЗЛ-9 предназначены для сварки сталей Х23Н13, 4Х14Н14В2М, работающих при температуре до 1050^оС, когда к металлу шва предъявляются требования стойкости против охрупчивания.

Электроды КТИ-7-62 предназначены для сварки сплава ХН35ВТ.

4.6 Электроды для сварки чугуна

Для сварки чугуна электроды характеризуются по применяе­мому стержню электрода.

Стержень электрода может быть изготовлен из чугунных прутков, стальной сварочной проволоки, медной проволоки и ее сплавов, а также из некоторых проволок легированных сталей. В основном для сварки чугуна применяются электроды следующих марок: ОМЧ-1, МНЧ-1, ОЗЧ-1, ЦЧ-4 и ЦЧ-ЗА, АНЧ-1.

Электроды марки ОМЧ-1, изготовленные из литых чугунных прутков со специальным покрытием, применяются для сварки и наплавки чугунных деталей и отливок из серого чугуна с предварительным подогревом. Эти электроды при­годны для сварки только в нижнем положении на постоянном токе обратной полярности и переменном токе и обеспечивают получение в наплавленном металле — сварном шве серого чугуна. Устойчивость дуги и формирование шва у электродов ОМЧ-1 удовлетворительное.

Электроды МНЧ-1 изготовляют из проволоки НМЖМц с основным покрытием. Эти электроды предназначены для сварки и наплавки чугуна без подогрева. Сварка может выполняться в нижнем, вертикальном и потолочном положениях постоянным током обратной полярности. Наплавленный металл представляет железоникелемедный сплав и хорошо обраба­тывается.

Электроды ОЗЧ-1 изготовляют из медной проволоки с основным покрытием, содержащим железный порошок. Эти электроды применяются для сварки и наплавки чугуна без подогрева. Устойчивость дуги и формирование шва удовлет­ворительное.

Электроды АНЧ-1 изготовляются из проволоки Св-04Х19Н9 или Св-04Х19Н9Т, в оболочке из меди с основным покрытием. При сварке этими электродами подогрев не требуется и они пригодны для сварки в нижнем и вертикальном положениях на постоянном токе обратной полярности. Металл шва, меднохромоникелевый сплав, хорошо поддается ме­ханической обработке, устойчивость дуги — удовлетвори­тельная.

Электроды ЦЧ-4 состоят из электродного стержня Св-08 и СВ-08А с основным покрытием и предназначены для сварки конструкций из высокопрочного чугуна и чугуна со сталью. Металл шва достаточно пластичен и хорошо обрабатывается на механических станках.

Электроды ЦЧ-ЗА имеют стержень Св-08Н50 и покрытие основного типа и применяются для холодной сварки высоко­прочного магниевого чугуна.

4.7 Электроды для сварки цветных металлов

Для каждого цветного металла, который поддается дуговой сварке, разработаны специальные электроды.

Электроды для сварки алюминия. Для изготовления электродов для сварки алюминия технической чистоты, силумина и сплавов АМц выбирают марку проволоки, состав которой наиболее близок к основному металлу. Основу покрытий электродов для сварки алюминия и его сплавов составляют легкоплавкие хлористые и фтористые соли щелочных и щелочноземельных металлов а также криолит (Na₃AlF₆).

Технический алюминий сваривают электродами марок ОЗА-1, ЭА-1, ЭА-11Ф1, МАТИ-2.

Сплавы типа АМц сваривают электродами марки МВТУ.

Сплавы типа АМr сваривают электродами марки 48-АЭ-1.

Сплавы типа АМц и АМr сваривают электродами марки ВАМИ, А1.

Сплавы типа АМц и силумин сваривают электродами марки А1, А1Ф.

Электроды для сварки меди изготавливаются из тянутой проволоки или круглых тянутых или прессованных прутков. К числу марок электродов для сварки меди и ее сплавов относятся следующие:

«Комсомолец», ММЗ-1, ММЗ-2, АНЦ-1, АНЦ-2, АНЦ/ОЗМ-2, АНЦ/ОЗМ-3 и АНЦ/ОЗМ-4.

Никель и его сплавы сваривают электродами марок Н-10, Н-30К, Н-37К, 48-Нк-1 и др.

Тема 1.2 Основы способа ручной дуговой сварки покрытым электродом. Схема процесса. Защита сварочной ванны. Технологические особенности сварки. Техника сварки. Сварочные материалы. Режимы сварки. Область целесообразного применения. Оборудование поста ручной дуговой сварки.