Занятие №40 «Сварочные электроды. Покрытия электродов. Подготовка электродов к сварке»

↑

▷ Содержание

Стр 1 из 2Следующая ⇒

20.02.02. МДК.07.02Сварка и резка деталей из различных сталей, цветных металлов и их сплавов, чугунов во всех пространственных положениях

Электродом для дуговой сварки называют металлический или неметаллический стержень, предназначенный для подвода тока к сварочной дуге.

Электрод для ручной дуговой сварки (рис. 40.1) представляет собой стержень 1 длиной до 450 мм, изготовленный из сварочной проволоки, на поверхность которого нанесен слой покрытия 2.

Рис. 40.1. Схема покрытого электрода для ручной дуговой сварки:

1 — стержень из электродной проволоки: 2 — покрытие; d — диаметр электродной проволоки; D — диаметр покрытого электрода

Левый конец электрода на участке длиной 20...30 мм освобожден от покрытия для зажатия его в электрододержателе в целях обес­печения электрического контакта. Торец другого конца очищен от покрытия для возможности возбуждения дуги посредством каса­ния изделия электродом в начале процесса сварки.

Для полуавтома­тической и автоматической дуговой сварки в качестве электрода применяют сварочную, по­рошковую и самозашитную проволоку.

Электроды подразделяются на плавящиеся (излетали, чугуна, алюминия, меди и их сплавов и др.) и неплавящиеся. Неплавящиеся электро­ды изготовляют из технического вольфрама и его сплавов, угля и графита. Плавящиеся электроды служат и присадоч­ным металлом.

Согласно ГОСТ 9466-75 в соответствии с отношением D/d различают электроды: с тонким покрытием (D/d < 1,2) — 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.

Покрытие электрода представляет собой смесь веществ, нане­сенную для усиления ионизации, защиты от неблагоприятного воздействия среды и металлургической обработки металла сва­рочной ванны.

Электродные покрытия создают при сварке защиту от кислорода и азота воздуха расплав­ленного металла в процессе переноса его и в самой сварочной ванне, а также стабилизиру­ют горение дуги, очищают металл сварочной ванны от вредных примесей и легируют металл шва для улучшения его свойств.

Защита расплавленного металла от кисло­рода и азота воздуха при сварке достигается газами и шлаком, которые образуются из по­крытия в зоне дуги. Для создания газовой за­шиты зоны дуги в покрытие вводят крахмал, целлюлозу, древесную муку и другие органиче­ские вещества.

Для устойчивого горения дуги в покрытие вводятся вещества, обладающие малой вели­чиной потенциала ионизации.

В покрытие электрода вводят ионизирующие, газо- и шлакообразующие, легирующие, раскисляющие, связующие и формовочные компоненты.

Ионизирующие компоненты обеспечивают устойчивое горение дуги. Они содержат элементы с низким потенциалом ионизации, такие как калий и кальций, которые входят в состав мела, поле­вого шпата и гранита, а также натрий и др.

Газообразующие компоненты применяют для создания газовой защиты зоны дуги и сварочной ванны. К ним относятся как орга­нические вещества (крахмал, пищевая мука, декстрин и др.), так и неорганические (обычно карбонаты мрамор СаСО₃, магнезит МgСО₃ и др.).

Шлакообразующие компоненты вводят для получения жидких шлаков. В качестве шлакообразующих компонентов используют следующие руды и минералы: ильменит, рутил, полевой шпат, кремнезем, гранит, мрамор, плавиковый шпат.

Легирующие компоненты предназначены для улучшения меха­нических характеристик металла шва, придания ему жаро- и из­носостойкости, коррозионной стойкости и других свойств. Легирующими элементами служат хром, марганец, титан, ванадий, молибден, никель, вольфрам и др. Легирующие элементы вводят в покрытие в виде ферросплавов и чистых металлов.

Раскисляющие компоненты используют для восстановления (раскисления) части расплавленного металла, находящегося в виде оксидов. К ним относятся элементы, имеющие большее, чем железо (при сварке сталей), сродство к кислороду и другим эле­ментам, оксиды которых требуется удалить из металла шва.

Связующие компоненты применяют для связывания порошко­вых составляющих покрытия в однородную вязкую массу, кото­рая будет крепко удерживаться на стержне электрода при прес­совке и образовывать прочное покрытие после сушки и прокал­ки. Чаще всего связующими компонентами служат водные ра­створы натриевого (Na₂O SiO₂) или калиевого (K₂O SiO₂) жидкого стекла.

Формовочные компоненты — это вещества (бентонит, каолин, декстрин, слюда и др.), придающие обмазочной массе лучшие пластические свойства.

К покрытию электродов предъявляют следующие требова­ния: 1) обеспечение стабильного горения дуги; 2) получение металла шва с необходимым химическим со­ставом и свойствами; 3) спокойное, равномерное плавление электродного стерж­ня и покрытия; 4) формирование высококачественного шва и отсутствие в нем пор, шлаковых включений и других дефектов; 5) легкая отделимость шлака от поверхности шва после ос­тывания; 6) хорошие технологические свойства обмазочной массы, не затрудняющие процесса изготовления электродов; 7) удовлетворительные санитарно-гигиенические условия труда при изготовлении электродов и сварке.

Для получения высококачественных сварных швов покрытие электрода должно удерживаться на металлическом стержне и быть сплошным до тех пор, пока не будет использован весь элек­трод (огарок), чтобы обеспечить необходимую защиту зоны свар­ки. В связи с этим температура металлического стержня, определяемая силой сварочного тока, к концу расплавления электрода не должна превышать 500 °С, а с покрытиями, содержащими органи­ческие вещества, — 250 °С.

Очистка металла шва от окислов серы, фос­фора, газов и других вредных примесей осуще­ствляется шлаком, покрывающим шов.

К физическим свойствам шлаков относятся: температура плав­ления, температурный интервал затвердевания, теплоемкость, теплопроводность, теплосодержание, вязкость, газопроницае­мость, плотность, поверхностное натяжение, тепловое расшире­ние (линейное и объемное). Необходимо, чтобы при плавлении всех видов электродных покрытий шлак всплывал из сварочной ванны, т.е. его плотность должна быть ниже плотности жидкого металла.

Различают «длинные» и «короткие» шлаки. У «длинных» шла­ков переход от жидкого состояния к твердому происходит в тече­ние значительного температурного интервала, и они при прочих равных условиях хуже обеспечивают формирование шва.

У расплавленных «коротких» шлаков возрастание вязкости с понижением температуры происходит быстро, и закристаллизо­вавшийся шлак препятствует стеканию жидкого металла при сварке в любом пространственном положении. «Короткие» шла­ки образуются при использовании электродов с основным покры­тием. Чем меньше вязкость шлака, тем больше его подвижность, физическая и химическая активность, тем быстрее протекают в нем химические реакции и физические процессы растворения ок­сидов, сульфидов и т.п. Кислые шлаки обычно бывают очень вяз­кими и «длинными», причем вязкость возрастает с повышением кислотности.

Затвердевший шлак будет легче отделяться от поверхности шва, если у него слабое сцепление с металлом и их коэффициен­ты линейного расширения неодинаковы.

К химическим свойствам шлаков, существенно влияющим на сварочный процесс, относится способность шлака раскислять металл шва, связывать оксиды в легкоплавкие соединения и леги­ровать металл шва.

Виды электродных покрытий установлены ГОСТ 9466-75. Различают электроды с кислым покрытием — А; с основным по­крытием — Б; с целлюлозным покрытием — Ц; с рутиловым по­крытием — Р; с покрытием прочего вида — П. При наличии покрытия смешанного вида используют соответствующее двойное обозначение. Если в покрытии содержится более 20 % железного порошка, то к обозначению вида покрытия добавляют букву Ж.

У электродов с кислым покрытием (А) шлакообразующую ос­нову составляют железные (гематит — Fe₂О₃) и марганцевые (MgO₂) руды, а также кремнезем (SiO₂). Газовая защита расплав­ленного металла осуществляется органическими компонентами, сгорающими в процессе плавления электрода. В качестве раскис­лителя в покрытие вводят ферромарганец. Образующиеся кислые шлаки не содержат СаО и не очищают металл от серы и фосфо­ра. Швы обладают невысокой стойкостью к образованию горячих трещин и пониженной ударной вязкостью.

Достоинствами этих электродов являются стабильное горение дуги при постоянном и переменном токах, возможность сварки в различных пространственных положениях, большая скорость рас­плавления, высокая проплавляющая способность, отсутствие пор при наличии на свариваемых поверхностях окалины или ржавчи­ны и при случайном удлинении дуги. Покрытиями этого вида обыч­но снабжают электроды марок МЭЗ-4 и СМ-5. В настоящее время электроды с кислым покрытием выпускают в малом количестве; их применяют для сварки неответственных металлоконструкций.

У электродов с основным покрытием (Б) шлакообразующими компонентами являются карбонаты (мрамор, мел, магнезит) и фториды кальция (например, плавиковый шпат — CaF₂). Газовая защита расплавленного металла обеспечивается углекислым газом и оксидом углерода, образующимися при диссоциации карбоната кальция в процессе нагрева и плавления покрытия. В качестве раскислителей покрытие может содержать ферромарганец, фер­росилиций, ферротитан и ферроалюминий.

Сварочно-технологические свойства электродов с основным покрытием хуже, чем у электродов с покрытиями других видов. Образование большого количества отрицательных ионов фтора при плавлении покрытия приводит к уменьшению проводимости дугового разряда и снижению устойчивости горения дуги, поэто­му сварку электродами с основным покрытием осуществляют на постоянном токе обратной полярности. Для сварки переменным током применяют электроды с дополнительным содержанием ионизирующих элементов в покрытии, например калия (в элект­родах марок СМ-11 и УП-1/55), или со специальным двухслойным покрытием (например, электроды марки АНО-Д).

Наличие влаги, масла, окалины или ржавчины на свариваемых кромках, присутствие влаги в покрытии, а также увеличение дли­ны дуги приводят к образованию пор в металле шва. Перед свар­кой необходимо прокалить электроды при температуре 350... 400 °С в течение 1 ч.

Электроды с целлюлозным покрытием (Ц) содержат много (до 50%) органических составляющих (целлюлоза, травяная мука и т.п.) для образования большого количества газов. В качестве шлакообразующих компонентов чаще всего применяют рутил, карбонаты и алюмосиликаты, иногда добавляют асбест (СаО ∙ 3MgО ∙ 4Si0₂), а для раскисления наплавленного металла — ферромарганец.

При сварке на торце электрода образуется конус­ная втулка из не расплавившегося покрытия, что способствует образованию направленного потока газов, который оттесняет жидкий металл из-под дуги и обеспечивает более глубокое про­плавление основного металла.

Такие электроды (марки ВСЦ-4А и др.) используют для сварки корневого слоя шва неповоротных стыков трубопроводов методом опирания сверху вниз с высокой скоростью, достигающей 25 м/ч. Они позволяют получить хоро­шую обратную сторону шва, что исключает необходимость в его подварке изнутри. Для наложения заполняющих и облицовочных швов при сварке ответственных конструкций из низколегирован­ных сталей во всех пространственных положениях предназначе­ны, например, электроды марки ВСЦ-60.

У электродов с рутиловым покрытием (Р) шлакообразующую основу составляют рутиловый концентрат, содержащий до 45 % рутила (ТiO₂); алюмосиликаты — слюда (K₂O ∙ 3Al₂O₃ ∙ 6SiO₂ ∙ 2H₂O), полевой шпат (К₂O ∙ Al₂O₃ ∙ 6SiO₂), каолин (Al₂O₃ ∙ 2Si0₂ ∙ 2H₂O) и др.; карбонаты — мрамор (СаСО₃) и магнезит (MgСО₃). Газовая защи­та расплавленного металла обеспечивается введением органичес­ких соединений (до 5 %), а также разложением карбонатов. На­плавленный металл раскисляется и легируется ферромарганцем (до 10...15%). Поскольку у рутилового покрытия окислительная способность меньше, чем у кислого, количество марганца в нем ниже и его гигиенические характеристики гораздо лучше. По качеству наплавлен­ного металла эти электроды занимают промежуточное положение между электродами с кислым и основным покрытиями.

Электроды с рутиловым покрытием обладают хорошими сва­рочно-технологическими свойствами: обеспечивают условия для формирования шва с плавным переходом к основному металлу, малое разбрызгивание расплава, легкую отделимость шлака, свар­ку во всех пространственных положениях, стабильное горение дуги на постоянном и переменном токах. Металл шва мало скло­нен к образованию пор при колебаниях длины дуги и сварке по окисленной или загрязненной поверхности. Наплавленный металл соответствует по химическому составу полуспокойной или спокой­ной стали. Покрытие этого вида имеют электроды марок АНО-4, ОЗС-12 и др.

Для повышения коэффициента наплавки в покрытия этого вида часто вводят порошок железа. При его массовой доле в покрытии, не превышающей 35% (в электродах марок АНО-5, ОЗС-6 и др.), сварку можно выполнять в различных пространственных положе­ниях. Электроды (например, марок АНО-1, ОЗС-З и др.) с покры­тиями, содержащими 50...65% железного порошка, предназначе­ны для высокопроизводительной сварки швов большой протяжен­ности при толщине изделий 10...20 мм. Разбавляя металл сварочной ванны низкоуглеродистым железным порошком, можно су­щественно повысить стойкость металла шва к образованию кри­сталлизационных трещин. Электроды с рутиловым покрытием применяют для сварки металлоконструкций и трубопроводов из углеродистых и низколегированных сталей с временным сопро­тивлением до 490 МПа.

К электродам с покрытиями смешанного вида относятся элек­троды с кислоцеллюлозным (АЦ), рутилово-основным (РБ) (рути­лово-карбонатным или карбонатно-рутиловым), кисло рутиловым (АР), рутилово-целлюлозным (РЦ) и другими видами покрытий. К электродам с кислоцеллюлозным покрытием относятся электро­ды марки ОМА-2, предназначенные для сварки тонколистовых конструкций (толщиной 1...3 мм) из углеродистых и низколегиро­ванных сталей постоянным и переменным током. К электродам с кислорутиловым (ильменитовым) покрытием относятся электроды марок ОММ-5, АНО-6, АНО-6М, АНО-17 и др. Они содержат в покрытии ильменит (FeO ТiO₂) и предназначены для сварки кон­струкций из углеродистых сталей во всех пространственных по­ложениях постоянным и переменным током.

Электроды с рутилово-основным покрытием появились в ре­зультате попыток объединить преимущества рутиловых и основ­ных покрытий. Они предназначены для сварки оборудования из углеродистых и низколегированных сталей с временным сопро­тивлением до 490 МПа, когда предъявляются повышенные требо­вания к пластичности и ударной вязкости металла сварных швов. К электродам с рутилово-основным видом покрытия относятся электроды марок МР-3, АН0-30, ОЗС-28 и др.

Обязательным условием применения электродов, долго хранившихся на складе, является особо тщательная проверка их качества, в частности влаги в покрытии. При варке важно применять сухие расходные материалы, в ином случае может возникать целый ряд проблем, таких как плохое поджигание и залипание стержня, осыпание обмазки, ненадежность и дефективность сварного соединения, неудовлетворительный внешний вид готового изделия и других.

Подготовка электродов к работе заключается в сушке и термической обработке – прокалке.

Термическая обработка электродов обычно применяются при неправильном хранение изделий в условиях повышенной влажности и увлажнения покрытия или при попадании прямой жидкости во время проведения работ.

Режимы сушки и прокалки устанавливаются в зависимости от типа покрытия. Порядок и режимы термической обработки приводятся на упаковках, в паспортах, а также каталогах и марочниках электродов. Следует тщательно соблюдать эти режимы, так как наряду с очевидными последствиями недосушивания резко ухудшается и качество перекаленных электродов. Их покрытие становится более хрупким и гигроскопическим, при перекалке из покрытия могут выгореть его органические составляющие, ухудшится защита зоны дуги. Это способствует образованию пористости в шве.

Познавательные статьи:



Техника нижней прямой подачи мяча

Комплекс физических упражнений для развития мышц плечевого пояса

Стандарт Порядок надевания противочумного костюма

Общеразвивающие упражнения без предметов