Сварочные материалы.

Сварочными материалами называют, материалы, обеспечивающие возможность протекания сварочных процессов и получения качественных сварных соединений. К ним относятся присадочные металлы, покрытые электроды, флюсы, защитные газы и некоторые другие.

Роль присадочных материалов заключается не только в получении необходимой геометрии шва, но и в обеспечении высоких эксплуатационных характеристик при минимальной склонности к образованию дефектов. Присадочные материалы разрабатывают применительно к конкретным группам свариваемых металлов и сплавов или даже к их отдельным маркам. Перед сваркой они должны проходить тщательную очистку поверхности от различных загрязнений, оксидов, жировых пятен и т.д. Промышленность выпускает присадочные материалы для сварки сталей, чугуна, алюминия, меди, титана и их сплавов. Наиболее распространенным присадочным материалом для сварки сталей является сварочная проволока сплошного сечения по ГОСТ 2246-70, диаметрами 0,3; 0,5; 0,8; 1,0; 1,2; 1,4; 1,6; 2,0; 2,5; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0; 8,0;10,0; 12,0, марок Св-08; Св-08А; Св-08ГА; Св-10Г2; Св-08ГС; Св-08Г2С; Св-18ХГС; Св-12Х13; Св-06Х19Н9Т; Св-10Х16Н25АМ6. наплавочная проволока по ГОСТ 10543-75 диаметром от 0,3 до 8,0мм марок Нп-25; Нп-30; Нп-10Г; Нп-50Г; Нп-30ХГСА и др. Порошковая проволока ПП-АН1; ПП-АН3; ПП-АН6 и др.

Для защиты сварочной ванны от влияния окружающей атмосферы применяют различные флюсы, способствующие образованию шлаков, газов. По способу изготовления их разделяют на плавленые и неплавленные. Плавленный флюс получают сплавлением его составляющих, а неплавленный флюс представляет собой механическую смесь порошкообразных материалов, замешанную на определённом связующем, на пример жидком стекле.

В настоящее время преимущественно применяют плавленые флюсы, которые имеют высокие технологические свойства (защита, формирование, отделимость шлаковой корки и др.) и малую стоимость. Различают по содержанию в них оксидов кремния – высококремнистые (до 40-50% SiO₂), низкокремнистые (до 35% SiO₂) и бескремнистые; по содержанию оксида марганца – высокомарганцовистые (более 30% MnO), среднемарганцовистые (от 15 до 30% MnO) и низкомарганцовистые.

Для изготовления флюсов используют руды, кварцевый песок, рутил, каолин, мрамор, фтористые и хлористые соли и другие компоненты. Наиболее распространены флюсы марок АН-348А, ОСЦ-45, АН-20, АН-26, АН-15М и др.

Таблица 8.5. Режим прокалки флюсов

Для ручной дуговой сварки сталей широко применяются плавящиеся металлические электроды в виде стержней длиной до 450мм из сварочной проволоки с нанесённым на них слоем покрытия, обеспечивающим устойчивое горение дуги, защиту от вредного воздействия воздуха и металлургическую обработку сварочной ванны. В покрытие входят следующие компоненты:

газообразующие – неорганические вещества (мрамор CaCO₃, магнезит MrCO₃ ) и органические вещества (крахмал, декстрин);

ионизирующие или стабилизирующие – различные соединения, в состав которых входят калий, натрий, кальций (мел, полевой шпат, гранит и др.);

шлакообразующие, составляющие основу покрытия, - обычно руды (марганцевая, титановая), минералы (ильменитовый и рутиловый концентраты, полевой шпат, кремнезём, гранит, плавиковый шпат и др.);

легирующие элементы и элементы раскислители – кремний, марганец, титан и др., используемые в виде сплавов этих элементов с железом, так называемые ферросплавы;

связующие компоненты – водные растворы силикатов натрия и калия, называемыежидким стеклом.

Для повышения производительности сварки в покрытия добавляют железный порошок до 60% массы покрытия.

Металлические электроды для дуговой сварки сталей изготавливают в соответствии с ГОСТ 9466-75, предусматривающим следующую классификацию:

по назначению – для сварки углеродистых, низколегированных, легированных и высоколегированных сталей, а также для наплавки поверхностных слоёв с особыми свойствами;

по виду покрытия – с кислым покрытием, основным, целлюлозным, рутиловым и смешанного типа.

Кислый характер шлаков определяется коэффициентом процентного содержания элементов.

если К_К > 1 – покрытие кислое

= К_К < 1 – покрытие основное

Кислые покрытия (электроды АНО-2, СМ-5 и др.) состоят в основном из оксидов железа и марганца (руды), кремнезёма, ферромарганца. Они технологичны, однако наличие оксидов Mn делает их токсичными. Имеют повышенное разбрызгивание, стойки к пористости, низкая пластичность металла шва, высокая стабильность.

Рутиловые покрытия (электроды АНО-3, АНО-4, ОЗС-3, ОЗС-4, ОЗС-6, МР-3, МР-4 и др.) имеют в своём составе преобладающее количество рутила NiO₂. Такие покрытия менее вредны для дыхательных органов сварщика, чем другие. Дают устойчивое горение, стойкое горение дуги по ржавчине. Высокое формирование шва.

Целлюлозные покрытия (электроды ВСЦ-1, ВСЦ-2, ВСЦ-4, ОЗЦ-1, Фокс-Цель, Кобе 6010 и др.) состоят из целлюлозы, органической смолы, ферросплавов, талька и др. Эти покрытия удобны для сварки в любом положении в пространстве, но дают наплавленный металл пониженной пластичности. Высокая проплавляемость, малое количество шлака, низкое разбрызгивание жидкого металла, высокая стабильность горения дуги, поэтому применяется для выполнения корневых швов, но нельзя применять для закаливающихся сталей.

Таблица 8.6. Применение сварочных электродов с целлюлозным покрытием

#G0Назначение (технологический слой)	Нормативная прочность труб, МПа (кгс/мм )	Марка электрода	Диаметр, мм	Тип по ГОСТ (AWS)	Толщина стенки S, мм
Сварка первого корневого слоя	До 588 (60)	ВСЦ 4	3,0; 3,25	Э42	5-8
шва		Фокс-Цель	3,25; 4,0	(Е6010)	6-21
		КОБЕ-6010	4,0	(Е6010)	6-21
		Пайпвелд-6010	4,0	(Е6010)	6-21
		ВСЦ 4А	3,0; 3,25	Э50	5-8
	539-637 (55-65) включительно	КОБЕ-7010	3,0; 3,25; 4,0	(Е7010)	5-8
		Пайпвелд-7010	4,0	(Е7010)	6-21
Сварка второго слоя ("горячего	До 588 (60)	ВСЦ 4	3,0; 3,25	Э42	5-8
прохода")		Фокс-Цель	3,25; 4,0	(Е6010)	5-21
		КОБЕ-6010	4,0	(Е6010)	10-21
		Пайпвелд-6010	4,0	(Е6010)	10-21
		ВСЦ 4А	4,0	Э50	10-21
	539-588 (55-60) включительно	Фокс-Цель Мо	4,0	(Е7010-А1)	6-21
		КОБЕ-8010	4,0	Э55	6-21
		Пайпвелд-7010	4,0	(Е7010-G)	6-21

Основные покрытия (электроды УОНИ-13/45, ОЗС-2, ДСК-50, ОК53.70, ЛБ52У, ОК48 и др.) не содержат оксидов железа и марганца. Металл шва, выполненный такими электродами, обладает большой пластичностью, большая чувствительность к влажности, стартовая пористость, относительно низкая стабильность горения дуги. Варятся обратной полярностью тока. Перед употреблением обязательная прокалка при 350°C в течение не менее 2 часов и хранение после прокалки только в сушильных шкафах. Повторная прокалка не более трёх раз. Электроды с основным покрытием способствуют удалению водорода из шлаковой ванны.

Таблица 8.7. Применение сварочных электродов с основным покрытием

#G0Назначение (технологический слой)	Нормативная прочность труб, МПа (кгс/мм )	Марка электрода*	Диаметр, мм	Тип по ГОСТ (AWS**)
	До 490 (50) включительно	УОНИ 13/45	2,5; 3,0	Э42А
		ОК 53.70	2,5; 3,25	(Е7016-1)
		УОНИ 13/55	2,5; 3,0	Э50А
Сварка корневого слоя шва,		ЛБ-52У	2,6; 3,2	(Е7016)
ремонт корневого слоя,	До 588 (60) включительно	Фокс ЕВ50	2,5; 3,25	(Е7018)
подварка шва изнутри трубы		ОК 48.04	2,5; 3,25	(Е7018)
		ОК 53.70	2,5; 3,25	(Е7016-1)
		Фирма 5520Р	2,5; 3,2	(Е7016-1)
	До 635 (65) включительно	ЛБ-52У	2,6; 3,2	(Е7016)
	До 431(44) включительно	УОНИ 13/45	3,0; 4,0	Э42А
.		ОК 53.70	3,25; 4,0	(Е7016-1)
	До 510 (52) включительно	ОК 73.80	3,25; 4,0	Э46А
		Грюн К52В	3,25; 4,0	(Е7016-1)
Сварка заполняющих и облицовочного слоев,		УОНИ 13/55	3,0; 4,0	Э50А
ремонт швов		ОК 53.70	3,25; 4,0	(Е7016-1)
		ОК 48.04	3,0; 4,0	(Е7018)
	До 530 (54)	АСБ-255	4,0	(Е7018)
		АСБ-268	4,0	(Е7016)
		Фирма 5520Р	3,25; 4,0	(Е7016-1)
		Линкольн 16П	3,2; 4,0	(Е7018)
		Филарк 76С	4,0	(Е7018-1)
		Шварц-3К Мод	3,25; 4,0	(Е8016)
		Кессель 5520-Мо	3,25; 4,0	(Е8018-А1)
Сварка заполняющих и облицовочного слоев,	539-588 (55-60) включительно	ВСФ-65у	3,0; 4,0	Э60
ремонт швов		Филарк 88С	4,0	(Е8016-G)
		ЛБ-62Д	4,0	(Е9018-G)
		ОК 74.70	3.25; 4.0	(Е8016-Д3)
	588-637 (60-65)	ЛБ-65Д	4,0	(Е9018-G)
		ОК 74.78	4,0	(Е9018-Д1)

* - Требования к переаттестации см. п. 4.2.6

** АWS - Американский стандарт по сварочным материалам

Таблица 8.8. Режим прокалки (просушки) электродов

СaF₂+H₂O → CaO+HF↑

CaF₂+SiO₂ →CaSiO₂+SiF₄↑ SiF₄+H → SiF+HF↑

По толщине покрытия в зависимости от отношения диаметра электрода D к диаметру стального стержня d различают электроды с тонким покрытием (D/d ≤ 1,2), средним (1,2≤ D/d ≤ 1,45), толстым (1,45 ≤ D/d ≤ 1,8) и особо толстым (D/d > 1,8).

По допустимым основным положениям сварки покрытые электроды делятся на группы: 1 – для всех положений, 2 – для всех положений, кроме вертикального сверху вниз, 3 – для нижнего вертикального снизу вверх, горизонтального на вертикальной плоскости, 4 – для нижнего и нижнего в «лодочку». Разделяют электроды для сварки на переменном и постоянном токе прямой и обратной полярности. Электроды выпускаются диаметром металлического стержня от 1,6 до 12мм и длиной от 150 до 450мм. Условное обозначение типа электрода расшифровывается таким образом: буква Э – электрод, стоящее за ней число – временное сопротивление на разрыв металла шва. Приведём схему обозначения покрытых электродов:

1 – тип электрода Э 42, Э 42А, Э50, Э55, Э60, Э65

Э-06Х18Н9 – по хим. составу;

2 – марка электрода УОНИ 13/45, УОНИ 13/55, несёт информацию о разработчике;

3 – диаметр электрода;

4 – назначение электрода;

У – сварка углеродистых сталей; Л – легированные стали; Т – теплоустойчивые стали; В – высоколегированные стали; Н – наплавка.

5 – по толщине покрытия

М – малопокрытые; С – среднепокрытые; Д – толстопокрытые; Г – особо толстые

6 – категория качества;

7 – набор свойств, которые оговариваются в соответствии с стандартом;

8 – вид покрытия;

А – кислое покрытие; Б – основное покрытие; Ц – целлюлозное; Р – рутиловое; П – прочие покрытия;

9 – Допустимые пространственные положения сварки;

10 – Род и полярность тока;

0; 3; 6; 9 – обратная полярность

1; 4; 7 – любая полярность

2; 5; 8 – прямая полярность

11 и 12 – стандарт на электроды;

11 – ГОСТ 9466-75

12 – ГОСТ 9467-75; ГОСТ10052-75; ГОСТ10051-75