Лекция 1 - Сварочные материалы. Сварочные материалы
![]()
|
Сварочные материалы Сварочными называются материалы, обеспечивающие возможность протекания сварочных процессов и получение качественного сварного соединения. К сварочным материалам относят сварочную проволоку, присадочные прутки, порошковую проволоку, плавящиеся покрытые электроды, неплавящиеся электроды, различные флюсы, защитные (активные и инертные) газы. Стальные сварочные проволоки. При дуговой сварке под флюсом и в защитных газах, а также при электрошлаковой сварке применяют сварочную проволоку без покрытия, так называемую голую сварочную проволоку. Для ручной дуговой сварки проволоку рубят на стержни длиной 350-400 мм, затем на их поверхность наносят покрытие. Плавящийся электродный стержень с нанесенным на его поверхность покрытием называют сварочным электродом. Сварочную проволоку получают горячей прокаткой и волочением. Если металл шва должен иметь высокую твердость, то присадочный металл плохо деформируется в горячем и холодном состояниях. В этом случае сварочную проволоку изготовляют литьем в виде присадочных прутков длиной до 1000 мм. Проволока выпускается в кассетах, катушках и бухтах в герметической упаковке. По виду поверхности проволока подразделяется на неомедненную и омедненную (О). Омеднение поверхности проволоки улучшает электрический контакт между проволокой и токоподводящим устройством, а также снижает возможность ее ржавления. По требованию потребителя проволока может изготовляться из стали, выплавленной электрошлаковым (Ш) или вакуумнодуговым (ВД) переплавом, или в вакуумноиндукционных печах (ВИ). Буква Э обозначает, что проволока предназначена для изготовления электродов. На основании многолетнего опыта разработаны государственные стандарты: ГОСТ 2246-70 (в ред. 1987 г.). Проволока стальная сварочная. ГОСТ 10543-98. Проволока стальная наплавочная. ГОСТ 7871-75 (в ред. 1989 г.). Проволока сварочная из алюминия и алюминиевых сплавов. ГОСТ 16130-90. Проволока и прутки из меди и сплавов на медной основе сварочные. ГОСТ 2246-70 регламентирует химический состав 77 марок сварочной проволоки, используемых в качестве электродной, присадочной, наплавочной и для изготовления покрытых электродов для ручной дуговой сварки. Стандартом предусмотрены диаметры проволок (мм): 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. Стандарт распространяется на холоднотянутую сварочную проволоку из низкоуглеродистой, легированной и высоколегированной сталей. В обозначении проволоки по стандарту указаны ее назначение «Св», т. е. что она сварочная, затем система легирования и примерное содержание элементов. Цифры, следующие за индексом Св, указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента. Так же, как и при обозначении марок стали, легирующие элементы, входящие в состав проволок, обозначены буквами: Б – ниобий; В – вольфрам; Г – марганец; Д – медь; М – молибден; Н – никель; С – кремний; Т – титан; Ф – ванадий; X – хром; Ц – цирконий; Ю – алюминий; Б – бор; К – кобальт; Е – селен; А – азот (только в высоколегированных проволоках. Ставить в конце обозначения марки не допускается). При содержании элементов менее 2 % цифра не ставится. Более точное содержание элементов дано в стандарте. Повышенные требования к чистоте проволоки по вредным примесям (снижение содержания серы и фосфора на 0,01 % каждой ) отмечается в марке проволоки (только углеродистой и легированной) буквой А и АА, например Св-08А. Для высоколегированных проволок не допускается содержание серы и фосфора свыше 0,035 %. Пример условного обозначения проволоки для сварки диаметром 1,2 мм, марки 08Г2С с омедненной поверхностью: проволока 1,2 Св-08Г2С-О ГОСТ 2246-70. Пример условного обозначения проволоки, предназначенной для изготовления электродов из стали, выплавленной в вакуумноиндукционной печи, с омедненной поверхностью: проволока 2,5 Св-08ХГСМФА - ВИ - Э - О ГОСТ 2246-70. Низкоуглеродистые сварочные проволоки в основном отличаются друг от друга содержанием марганца, серы и фосфора: Св-08; Св-08А; Св-08АА; Св-08ГА; Св-10ГА; Св-10Г2. В сварочных легированных проволоках может содержаться до шести легирующих элементов, а их общее количество достигает 6%. Эти проволоки применяют для различных видов сварки углеродистых и легированных сталей. Проволоки Св-15ГСТЮЦА и Св-20ГСТЮА применяют для дуговой сварки без дополнительной защиты. Проволоки, легированные кремнием и марганцем (Св-08Г2С, Си-08ГС), применяют для сварки конструкционных сталей в защитных газах СО2. Проволоки Cв-08XНM, Св-08ХН2М, Св-08ХМФА, Св-08ХГСМФА и другие, комплексно легированные хромом, молибденом, никелем, кремнием и ванадием, применяют для сварки низколегированных высокопрочных сталей. При содержании в проволоке легирующих элементов более 6% ее относят к высоколегированным. Высоколегированные аустенитные и ферритные проволоки применяют для сварки нержавеющих, жаростойких и других специальных сталей различного состава: Св-12Х13; Св-13Х25Т; Св-06Х19Н9Т; Св-10Х16Н25АМ6; Св-06Х15Н60М15; Св-07Х25Н13. Стандарт ГОСТ 10543—98 «Проволока стальная наплавочная» регламентирует 30 марок проволоки для наплавки, из них 9 марок углеродистых, 11 марок легированных и 10 марок высоколегированных. Проволоки также классифицируются по химическому составу. Символ «Нп» означает, что проволока для наплавки (только для механизированной наплавки). Например, проволока Нп-30; Нп-50Г; Нп-30ХГСА; Нп-105Х; Нп-60Х3В10Ф; Нп-50ХНМ. Полное обозначение проволоки для наплавки имеет вид: 3 Нп-105Х ГОСТ 10543-75. ГОСТ 7871-75 регламентирует химический состав 14 марок тянутой и прессованной проволоки из алюминия Св-А97 (Аl > 99,5%), алюминиево-марганцевого сплава (Св-АМц), алюминиево-магниевых сплавов (Св-АМг3, Св-АМг4, Св-АМг5, Св-АМг6 и др.), алюминиево-кремнистых сплавов (Св-АК5; Св-АКЮ; Св-1201) диаметры проволок 0,8-12,5 мм. Пример условного обозначения проволоки по этому ГОСТу: 2 Св-АМц ГОСТ 7871-75. ГОСТ 16130—72 регламентирует химический состав проволоки и прутков из меди и сплава на медной основе для сварки, наплавки и пайки. Стандарт регламентирует 17 марок проволоки и 12 марок прутков. Обозначение марок соответствует буквенным и цифровым обозначениям, принятым для меди и ее сплавов (без символа «Св»), Диаметры проволок 0,8—8,0 мм. Диаметры прутков 6,0 и 8,0 мм. Например, МТ; Бр.Х0,7; Бр.ХТ0,6-0,5; МНЖКТ5-1-0,2-0,2; Бр.КМц3-1. Сварочная порошковая проволока - сварочная проволока, состоящая из металлической оболочки, заполненной порошкообразными веществами (рис. 1). В состав смеси входят минералы, руды, ферросплавы и металлические порошки, предназначенные для газошлаковой защиты расплавленного металла, раскисления, легирования и стабилизации дугового разряда. По конструкции порошковые проволоки могут быть классифицированы на бесшовные (рис. 1, а) и шовные (рис. 1, б- д), с одним и двумя загибами (рис. 1, в, г), а также двухслойные (рис. 2.12, д). ![]() Рис 1. Конструкции порошковых проволок. Шовную порошковую проволоку изготовляют из ленты (рис. 2.). Легко деформируемая лента из рулона 1 подается в специальное очистное устройство 2, откуда поступает в ролики 3, предварительно деформирующие из ленты желоб (сечение а-а). Дозатор 4 наполняет желоб шихтой, после чего лента попадает в ролики 5, в которых формируется собственно сечение проволоки (сечения б-б и в-в). Проходя через фильеры 6, проволока деформируется до нужного диаметра 2,0–2,5 мм, проходит через волочильный барабан 7 и наматывается на кассету 8. ![]() Рис. 2 Технологические операции при изготовлении ПП Бесшовные проволоки изготовляют из пластичной трубы, заполненной наполнителем, волочением. Ее можно получать малого диаметра (до 1 мм) и омеднять. Такая проволока негигроскопична. ![]() Рис. 3 Технологические операции при изготовлении бесшовной ПП Отношение массы порошкового наполнителя проволоки к массе оболочки находится в пределах 15 ... 25 % (в шовных проволока 15…40%). Чем больше это отношение, тем легче обеспечить качественную защиту расплавленного металла и легирование металла шва. По способу защиты порошковые проволоки делятся на самозащитные и используемые с дополнительной защитой зоны сварки газом или флюсом. Наиболее часто в качестве защитной среды употребляют углекислый газ и смесь аргона с углекислым газом. По составу сердечника порошковые проволоки делятся, так же как и электроды по виду покрытия, на рутил-органические, рутиловые, рутил-основные и основные. Порошковая проволока - универсальный сварочный материал, пригодный для сварки сталей практически любого легирования и для наплавки слоев с особыми свойствами. Порошковую проволоку выпускают диаметром 0,8 ... 3,2 мм. Для сварки во всех пространственных положениях используют в основном проволоки малых диаметров (чаще диаметром 1,2 мм). Например, ПП-АН1; ПП-АН7; ПП-10Х14Т-О; ПП-200Х10Г80; ПП-25Х5ФМС. Неплавящиеся электроды. В зависимости от материала, из которого они изготовлены неплавящиеся электроды, они могут быть угольными, графитовыми, вольфрамовыми, циркониевыми, гафниевыми. Все эти материалы относятся к группе тугоплавких. Неплавящиеся электроды служат только для поддержания горения дуги и поэтому должны обладать высокой стойкостью при воздействии высоких температур (расход их должен быть минимальным). Графитовые и угольные электроды обладают малой теплопроводностью. Они имеют круглое сечение диаметром 5…25 мм и длину 200…300 мм. Конец электрода затачивают на конус. Графитовые электроды по сравнению с угольными обладают большей электропроводностью и большей стойкостью против окисления при высоких температурах (температура начала окисления на воздухе угольного электрода 500 °С, графитового 640 °С). Это заметно снижает удельный расход электродов и позволяет производить сварку на повышенных плотностях тока. Подвод тока к графитовым и угольным электродам осуществляется при помощи специальных электрододержателей. С целью стабилизации положения дуги применяют угольные электроды с фитилем; фитиль – это канал, расположенный по центру электрода и заполненный порошкообразной массой, содержащей легкоионизируемые вещества. Наиболее широко используют стержни из вольфрама и вольфрама с активирующими присадками окислов (тория, лантана, иттрия, циркония и церия), что обусловлено тугоплавкостью вольфрама (температура плавления 4500° С, температура кипения 5900° С), его высокой электропроводностью и теплопроводностью. В настоящее время изготавливаются электроды из чистого вольфрама марки WP (зелёный); электроды из сплава вольфрама с оксидом лантана марок WL-15 (золотистый) и WL-20 (синий), электроды из сплава вольфрама с оксидом тория марки WT-20 (красный); электроды из сплава вольфрама с оксидом церия WС-20 (серый); электроды из сплава вольфрама с оксидом иттрия WY-20 (тёмно-синий); электроды из сплава вольфрама с оксидом циркония WZ-8 (белый). Цифры в обозначении марок вольфрамового электрода указывают количество активирующий присадки в десятых долях процента. Электроды диметром 0,5 мм выпускают в мотках, а электроды диаметром 1 ... 10 мм выпускают прутками длиной 75, 150, 200 и 300 мм. Добавка к вольфраму окислов тория, лантана, иттрия, циркония и церия снижает эффективный потенциал ионизации, в результате чего облегчается зажигание дуги, увеличивается устойчивость дугового разряда и повышается стойкость электрода. Появляется возможность значительно повысить плотность тока, так как при этом конец электрода не изменяет формы в процессе сварки. Вольфрамовые электроды предназначены для дуговой сварки в среде инертных газов, атомно-водородной сварки, а также для плазменных процессов сварки, резки, наплавки и напыления. Электроды из чистого вольфрама обычно применяют для сварки переменным током, а электроды из вольфрама с активирующими присадками для сварки как на переменном, так и на постоянном токе прямой и обратной полярности. Затачивать конец электрода для сварки переменным током рекомендуется в виде сферы, для сварки постоянным током – в виде конуса. Расход электродов из чистого вольфрама значительно выше, чем из вольфрама с активирующими присадками. Все работы с электродами из вольфрама с присадкой окиси тория, а также транспортировку и хранение их следует выполнять в соответствии с санитарными правилами работы с радиоактивными веществами. Для плазменной резки металлов широко используются термохимические составные катоды. Они представляют собой медный водоохлаждаемый электрод запрессованной (впаянной) циркониевой или гафниевой вставкой (рис 1). ![]() На воздухе высокотемпературная поверхность циркониевой (гафниевой) вставки химически взаимодействует с азотом и кислородом, образуя оксонитридную пленку, обладающую хорошими эмиссионными свойствами, электропроводностью и термостойкостью (ZrN·ZrO2 – тем плавления 2700 °C; HfN·HfO2 – тем плавления 2790 °C). Образовавшаяся пленка надежно защищает циркониевую (гафниевую) вставку от дальнейшего окисления что и обеспечивает работоспособность электрода в воздушной среде. |