Лекции ТиОСП. Курс лекций Технология и оборудование сварки плавлением

• Название: Курс лекций Технология и оборудование сварки плавлением
• Анкор: Лекции ТиОСП.doc
• Дата: 07.05.2017
• Размер: 28.33 Mb.
• Имя файла: Лекции ТиОСП.doc
• Тип: Курс лекций; #7190
• страница: 3 из 33

4 СВАРОЧНЫЕ ПОКРЫТЫЕ ЭЛЕКТРОДЫ ДЛЯ РУЧНОЙ ДУГОВОЙ СВАРКИ И НАПЛАВКИ

Электроды для ручной дуговой сварки представляют собой стержни длиной до 450 мм, изготовленные из сварочной проволоки (ГОСТ 2246-70), на поверхность которых нанесен слой покрытия раз­личной толщины. Один из концов электрода на длине 20—30 мм освобожден от покрытия для зажатия его в электрододержателе с целью обеспечения электрического контакта. Торец другого конца очищают от покрытия для возможности возбуждения дуги посредством касания изделия в начале процесса сварки.

Покрытие предназначено для повышения устойчивости горе­ния дуги, образования комбинированной газошлаковой защиты, легирования и рафинирования металла. Для изготовления покры­тий применяют различные материалы (компоненты).

Шлакообразующие составляющие защищают расплавленный металл от воздействия кислорода и азота воздуха и частично рафинируют (очищают) его. Они образуют шлаковые оболочки вокруг капель электродного металла, проходящих через дуговой промежуток, и шлаковый покров на поверхности металла шва. Шлакообразующие составляющие уменьшают скорость охлаждения металла и способствуют выделению из него неметаллических включений. Шлакообра­зующие составляющие могут включать в себя титановый концентрат, марганцевую руду, полевой шпат, каолин, мел, мрамор, кварцевый песок, доломит, а также вещества, повы­шающие стабильность горения дуги.

Газообразующие составляющие при сгорании создают газовую защиту, которая предохраняет расплавленный металл от кислорода и азота воздуха. Газообразующие состав­ляющие состоят из карбонатов, древесной муки, крахмала, пищевой муки, декстрина и целлюлозы.

Раскисляющие составляющие необходимы для раскисления расплавленного металла сварочной ванны. К ним относятся элементы, которые обладают большим сродством к кислороду, чем железо, например, марганец, кремний, титан, алюминий и др. Большинство раскислителей вводится в элект­родное покрытие в виде ферросплавов.

Легирующие составляющие необходимы в составе покрытия для придания металлу шва специальных свойств: жаростойкости, износостойкости, сопротивляемости коррозии и повышения механических свойств. Легирующими элементами служат марганец, хром, титан, ванадий, молибден, никель, вольфрам и некоторые другие элементы.

Стабилизирующими составляющими являются те элементы, которые имеют небольшой потенциал ионизации, например калий, натрий и кальций.

Связующие составляющие применяют для связывания составляющих покрытия между собой и со стержнем электрода. В качестве них применяют калиевое или натриевое жидкое стекло, декстрин, желатин и другие. Основным связующим веществом служит жидкое стекло.

Формовочные добавки — вещества, придающие обмазочной массе лучшие пластические свойства, — бентонит, каолин, декстрин, слюда и др.

Для повышения производительности сварки, увеличения коли­чества дополнительного металла, вводимого в шов, в покрытии электродов может содержаться железный порошок до 60% массы покрытия. Многие материалы, входящие в состав покрытия, одновременно выполняют несколько функций, обеспечивая и газовую защиту в виде газа С0₂, и шлаковую защиту в виде СаО и т. д.

Покрытие толстых электродов оказывает существенное влияние на весь процесс сварки. Поэтому общие требования к ним при сварке различных металлов: обеспечение стабильного горения дуги; получение металла шва с необходимым химическим составом и свойствами; спокойное, равномерное плавление элек­тродного стержня и покрытия; хорошее формирование шва и отсутствие в нем пор, шлаковых включений и др.; легкая отде­лимость шлака после остывания с поверхности шва; хорошие технологические свойства обмазочной массы , не затрудняющие процесса изготовления электродов; удовлетворительные санитарно-гигиенические условия труда при изготовлении электродов и сварке. Состав покрытия определяет и такие важные техноло­гические характеристики электродов, как: род и полярность сварочного тока, возможность сварки в различных простран­ственных положениях или определенным способом (сварка опиранием, наклонным электродом и т. д.).

Технологические характеристики плавления электродов опре­деляются экспериментально и позволяют судить о производитель­ности и экономичности процесса сварки электродами той или иной марки.

Коэффициент расплавления (г/Ач)

_р = G_р/It,

где G_р — масса расплавленного металла электрода (г) за время t горения дуги (ч); I — сила сварочного тока, А.

Для электродов, содержащих в покрытии дополнительный металл (например, железный порошок), масса расплавленного металла

G_р = G_{ст. Эл.} +G_{доп. м} ,

где G_ст. _эл — масса расплавленной части металлического стержня электрода; G_{доп. м} — масса расплавленного дополнительного ме­талла, содержащегося в покрытии электрода.

Коэффициент наплавки (г/А ч)

_н = G_н /It,

где G_н — масса наплавленного металла (г) при силе сварочного тока I (А) за время t (ч), полученного за счет металлического стержня электрода и дополнительного металла, если он содер­жался в покрытии электрода.

Коэффициент потерь (%)



характеризует потери металла электрода на испарение, разбрыз­гивание и окисление.

Для электродов, содержащих в покрытии дополнительный металл,

.

Коэффициент массы покрытия

k=G_п /G_м

где G_п – масса покрытия на электроде, G_м – масса металла стержня на длине обмазочной части электрода.

Если известна масса 1 см электродной проволоки m (г/см), то

k= (Gэл — ml_э)/ml₀ ,

где G_эп и l_эл – масса всего электрода (г) и его длина (см), l ₀ – длина обмазанной части электрода, см.

Иногда массу покрытия на электроде относят к массе всего электрода

k ₁ = (G_эл – ml _э ) / ml _э

Значения рассмотренных коэффициентов зависят от марок электродов, рода и полярности тока и др. Для наиболее распространенных электродов, предназначенных для сварки низкоуглеродистых сталей, не содержащих в покрытии дополнительный металл,

_р = 7-13 г/Ач , _н =6-12,5 г/Ач, = 5-25%.
4.1 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 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

Рекомендуемая полярность постоянного тока	Напряжение холостого хода источника тока, В		Обоз- начение элек- тродов	Рекомендуе- мая полярность постоянного тока	Напряжение холостого хода источника тока, В		Обоз- начение элек- тродов
	Номи наль ное	Пред. откло- нение			Номи- нальное	Пред. откло- нение
Обратная	-	-	0	Любая Прямая Обратная	70	±10	4 5 6
Любая Прямая Обратная	50	±5	1 2 3
				Любая Прямая Обратная	90	±5	7 8 9

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					1	2	3	1	2	3
Э38 Э42 Э46 Э50	380 420 460 500	14 18 18 16	0,30 0,80 0,80 0,60	380 420 460 500	60 120 120 90	0,045	0,040	0,035	0,050	0,045	0,040
Э42А Э46А Э50А Э55 Э60	420 460 500 550 600	22 22 20 20 18	1,40 1,40 1,30 1,20 0,60	420 460 500 - -	180 120 150 - -	0,035	0,030	0,025	0,040	0,035	0,030
Э70 Э85 Э100 Э125 Э150	700 850 1000 1250 1500	14 12 10 6 5	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