Выбор сварочных материалов для сварки

РУП “Белстройцентр”

Секрет повышения эффективности сварки — правильный выбор сварочных материалов

Сварочные работы — это сложный металлургический и технологический процесс, требующий высокого профессионализма. Для стабильного получения качественных сварных соединений и конструкций требуются грамотный подход к технологии сварки и правильная организация труда. Вместе с тем, практика показывает, что из-за несоблюдения элементарных положений технологического процесса сварки и правил производства работ качество выполняемых в республике сварных процессов оставляет желать лучшего. Такой “плачевный” итог в значительной степени обусловлен неправильными выбором, подготовкой и использованием сварочных материалов. Об этом рассказал ведущий специалист в области сварочных материалов, разработчик широко применяемых во многих странах электродов марки МР-3, к. т. н., профессор кафедры “Порошковая металлургия, сварка и технология материалов” БНТУ Станислав Николаевич Жизняков.

Выбираем “правильные” сварочные материалы

Сварка представляет собой один из ведущих технологических процессов обработки металлов. Порядка 70 % металлических конструкций, а это промышленные здания и сооружения, суда, мосты, энергетическое и химическое оборудование и прочее, изготавливают с применением сварки. В основном это дуговые способы сварки: ручная дуговая сварка покрытыми электродами, механизированная сварка в углекислом газе, аргонодуговая сварка, автоматическая сварка под флюсом. Отмеченные, а также и другие способы дуговой сварки невозможны без применения сварочных материалов, непосредственно участвующих в сварочном процессе. Именно они выполняют необходимые для сварки функции: защиту расплавленного металла от воздуха, получение сварного шва с требуемыми химическим составом и свойствами, обеспечение стабильного процесса сварки и хорошего формирования шва. Другими словами, сварочные материалы во многом определяют ход сварки и являются залогом получения качественного результата работы.

Сварочные материалы — это общий термин. В зависимости от способа сварки могут быть использованы покрытые электроды, сварочные проволоки, флюсы, порошковые проволоки, защитные газы и т. д. Как отметил С. Н. Жизняков, разработка технологического процесса сварки заданной конструкции начинается с правильного выбора сварочных материалов. Остальные технологические процессы отодвигаются на второй план. “Только при правильном выборе сварочных материалов достигается высокая эффективность сварочных работ и получается качественная конструкция, — рассказал профессор. — Это очень важно для Беларуси, где наблюдается тенденция повышения конкурентоспособности продукции.

Однако в действительности именно выбор сварочных материалов и является основным препятствием на пути к качеству, так как предпочтение отдается, как правило, более дешевым материалам. Почему это происходит? Причины здесь две: непонимание всей важности вопроса в стремлении сэкономить и элементарное незнание тех или иных особенностей сварочного дела”.

Экономия на сварочных материалах недопустима — этот постулат должен стать аксиомой для всех предприятий. Тем более, что затраты на них составляют всего 1,0 %–1,5 % от всей стоимости сварной конструкции, и они с лихвой перекрываются высокой производительностью, снижением уровня брака, повышением надежности и улучшением товарного вида конструкции.

“Мудрая пословица гласит: скупой платит дважды. То же относится и к выбору сварочных материалов, — подчеркнул С. Н. Жизняков. — Трудно представить себе врача-хирурга, который экономит на хирургических инструментах и проводит операцию дешевым некачественным скальпелем. Для высококвалифицированного сварщика (а такой сварщик, выполняющий ответственейшие операции, является своеобразным “хирургом”) электрод — это такой же инструмент, как скальпель для хирурга. И если он плохого качества, нельзя ожидать и требовать от сварщика хорошей работы”.

Еще раз о качестве

Качество сварочных материалов — это актуальный вопрос. Проблемы в этой области, по мнению профессора, могут быть связаны с тем, что электроды отечественных марок изготавливаются без надзора разработчика, отчего напрямую страдают качественные характеристики. “Производство электродов — это сложнейший процесс, в котором должно быть задействовано современное оборудование, как правило, очень дорогостоящее. Если приходится работать на устаревшем электродоизготавливающем оборудовании, “спасти ситуацию” могут только высококвалифицированные специалисты, которым под силу “подковать блоху”. К сожалению, такие профессионалы у нас в стране практически отсутствуют. Вот и получается, что электроды отечественного производства по качеству на несколько порядков уступают зарубежным аналогам. Их можно применять только для сварки рядовых конструкций в облегченных условиях. Мы вынуждены закупать российские, японские, шведские, американские электроды”.

Следует отметить, что электроды одинаковой марки, но изготовленные на разных заводах стран СНГ, могут кардинально отличаться по качеству. Поэтому, по мнению С. Н. Жизнякова, необходимо ориентироваться не только на марку, но и на авторитет конкретного предприятия-изготовителя, а также производить строгий входной контроль.

Тонкости сварочного дела

На сегодняшний день недостатка в сварочных материалах нет. В продажу поступает масса электродов как отечественных, так и зарубежных производителей. Сделать правильный выбор специалисту-сварщику поможет знание тонкостей сварочного дела.

“Допустим, при монтажных работах требуется выполнение ручной сварки ответственной конструкции из низкоуглеродистой стали, работающей в условиях статической нагрузки, — привел пример С. Н. Жизняков. — Таких конструкций в строительстве большинство. Для этого можно использовать электроды с рутиловым покрытием, например, марки МР-3, либо с основным покрытием марки 90 УОНИ-13/45. Рекомендуется выбрать первый вариант, поскольку применение рутиловых электродов позволяет снизить требования к подготовке к сварке электродов и свариваемого металла, а также к квалификации сварщика. Кроме этого, появляется возможность работать не только на постоянном, но и на переменном токе на открытых площадках при скорости ветра до 10 м/с. Именно эти электроды наиболее эффективны при монтажных работах. В случае, когда необходим ремонт водопроводов, лучше всего использовать специализированные электроды, позволяющие вести качественную сварку по слою воды. Но мало кто знает об их существовании, также как и о существовании рутиловых электродов, позволяющих повысить производительность сварки в 1,8–2 раза, т. е. приблизить ее к производительности механизированного процесса”. К сведению, имеются специализированные электроды для резки металлов, обеспечивающие хорошее качество резки и отличающиеся малой стоимостью.

Сейчас на заводах в основном применяется механизированная сварка в углекислом газе и/или его смеси с аргоном. Сварка в смеси при рациональном ее составе улучшает ведение самого процесса сварки и качество сварных соединений. Но она одновременно заметно повышает склонность швов к образованию пор, одной из причин которой является неоправданное применение проволоки Св-0Г2С, разработанной специально для сварки только в одном углекислом газе. Для сварки в смеси требуется менее легированная проволока. И такие проволоки есть. В России разработана проволока специально для сварки в смеси углекислого газа с аргоном. Кстати, сама смесь газов представляет собой сварочный материал, и сварка в смеси требует более высокой культуры производства по сравнению со сваркой в одном углекислом газе.

Купить и прокалить

Выбрав сварочный материал, необходимо должным образом провести его подготовку к работе, которая включает, например, прокалку электродов при температуре 100–400 градусов Цельсия в зависимости от его марки.

“Простейшая операция — прокалка электродов — имеет в то же время огромное значение, — отметил С. Н. Жизняков. — Без этой термообработки электрод представляет собой всего лишь “полуфабрикат”. Но даже эта простейшая операция сварщиками не выполняется. Дело в том, что процесс сварки может идти и с использованием неподготовленных электродов, но качество сварной конструкции в результате далеко не самое хорошее. Конечно, когда работы ведутся на стратегически важных объектах, там электроды все-таки прокаливаются. Но в ряде других случаев можно наблюдать вопиющие нарушения. Безусловно, прокалка электродов занимает “лишнее” время и требует дополнительного расхода электроэнергии, но это необходимое действие, если мы хотим получить конкурентоспособный качественный товар”.

Белорусский “бойкот” сварке порошковой проволокой

На сегодняшний день в мире одним из самых прогрессивных способов сварки считается механизированная и автоматическая сварка порошковой проволокой, что обеспечивает более высокое качество работ и повышает их производительность в зависимости от схемы сварки в 3–10 раз. Во всем технически развитом мире сварка порошковой проволокой получила самое широкое распространение. Так, в США и Японии порошковая проволока составляет порядка 25 % общего потребления сварочных материалов, в Республике Корея — 45 %. Активное внедрение и развитие данного способа сварки наблюдается в Китае. В нашей стране она не применяется совсем. Главная причина “бойкота” кроется в том, что порошковая проволока считается дорогостоящим сварочным материалом.

“Да, она действительно стоит дороже обычной сварочной проволоки сплошного сечения, — прокомментировал С. Н. Жизняков. — Но, как показывают зарубежная практика и опыт применения сварки порошковой проволокой в Союзе, при изготовлении и монтаже стальных строительных конструкций, резервуаров, мостовых, судостроительных и прочих конструкций ее применение не только себя оправдывает, но и позволяет решать ряд технически сложных задач, связанных с производством сварочных работ”.

Так, сварка порошковой проволокой является прогрессивной альтернативой ручной дуговой сварки, выполненной на открытых площадках. Это настоящая находка для монтажников и строителей. Следует отметить, что порошковая проволока широко представлена на рынке: украинские, российские, китайские, американские и другие производители предлагают свой товар.

Повышение квалификации специалистов-сварщиков — шаг в сторону эффективности

По мнению С. Н. Жизнякова, требования к сварочным материалам будут увеличиваться с каждым годом. Это обусловлено тем, что возрастает сложность конструкций, с которыми приходится работать, предъявляются высокие требования к качеству и характеристикам конечного продукта. А это значит, что сварочные материалы будут совершенствоваться, и очень важно, чтобы наши специалисты не отставали от прогресса в этой области. В связи с этим, на кафедре “Порошковая металлургия, сварка и технология материалов” БНТУ введено преподавание специальной дисциплины “Сварочные материалы”. Кроме этого, на базе кафедры проводится аттестация руководителей сварочных работ, на которой в процессе семинарских занятий специалисты по сварке получают актуальную информацию о ноу-хау сварочного дела, в том числе по сварочным материалам.

Как отметил С. Н. Жизняков, важно проводить узкоспециализированные семинары, посвященные сварочным материалам. Обмен опытом, практическими и теоретическими знаниями позволит существенно повысить профессиональный уровень белорусских специалистов. Ведь решать проблемы сообща намного проще, чем поодиночке.

Выбор сварочных материалов

Конструкции из жаропрочных сталей, работающие при температурах до 600°С,сваривают сварочными материалами, обеспечивающие в швах обязательное присутствие ферритной фазы(для предотвращения горячих трещин в швах).

Наиболее просто обеспечить заданное количество δ-Fe при сварке штучными электродами. При сварке в защитных газах и под флюсом необходимо учитывать долю участия основного металла в металле шва и варьировать марки присадочной проволоки при выполнении коренных и облицовочных швов существенно отличавшихся по доле участия основного металла. Чтобы исключить охрупчивание таких швов в результате сигматизации, необходимо не допускать более 4% δ-Fe, отдавать предпочтение электродам с минимально допустимым содержанием элементов –ферритизаторов, а такхе подвергать швы аустенитизации.

Для конструкций из гетерогенных жаропрочных сталей, длительно работающих при температуре 700-750°С, применяют структурно более стабильные сварочные материалы аустенито- карбидного, аустенито-боридного и аустенитного классов с учетом их склонности подсолидусным трещинам. Повышенная склонность швов такого состава к образованию горячих трещин предотвращается путем их чистоты по вредным примесям при специальной технологии выплавки.

Для однофазных аустенитных сварочных материалов применяемых для сварки сталей, не содержащих Nb, стойкость против горячих трещин в шве достигается путем легирования Mo и Mn, а также рафинирующими переплавами и добавками редкоземельных элементов.

Сварочная проволока

Сварочный электрод – изделие из электропроводного материала, служащее для подведения электрического тока к месту сварки. Различают плавящиеся и неплавящиеся электроды.

К плавящимся электродам относятся сварочные проволоки, прутки, пластины и ленты сплошного сечения, порошковые проволоки и ленты, а также, покрытые и комбинированные электроды (плавящиеся мундштуки).

Сварочные проволоки делятся на низкоуглеродистые ( с суммарным содержанием легирующих элементов до 2% ); легированные ( суммарное содержание легирующих элементов от 2 до 6% ) и высоколегированные (суммарное содержание элементов более 6% ).

Для обеспечения требуемых прочности и хладостойкости металла шва при сварке низколегированных и высокопрочных сталей состав сварочной проволоки следует выбирать таким, чтобы содержание углерода в шве не превышало 0,10 – 0,12%, а содержание кремния было меньше 0,5%. Оптимальное содержание других легирующих элементов находится в таких пределах, %: 0,6 -1,6 Мn, 0,9-1,1 Сr, 0,2 – 0,4 Мо, до 2 Ni и до 0,25 V. Степень легирования выбирается на основании требований к прочностным свойствам металла шва.

Высоколегированные аустенитные и ферритные проволоки применяются для сварки нержавеющих, жаростойких и других специальных сталей различного состава. Следует иметь в виду, что аустенитная проволока после волочения сильно нагартовывается и обладает большой жесткостью. Это облегчает подачу проволоки диаметром 2 – 3 мм по гибким шлангам при полуавтоматической сварке, но весьма затрудняет работу с проволокой большого диаметра. При автоматической сварке наклепанной аустенитной проволокой диаметром 4 – 6 мм ее следует предварительно подвергнуть термической обработке. В зависимости от состава проволоки и степени наклепа термическая обработка может заключаться в отжиге или закалке.

В зависимости от назначения плавящиеся электроды могут быть изготовлены из стали, алюминия, титана, меди или других металлов и сплавов.

Плавящиеся электроды одновременно служат для введения присадочного металла при сварке плавлением. Применяя плавящиеся электроды соответствующего химического состава, можно изменять в желаемом направлении состав металла шва, легировать его нужными элементами, снижать содержание вредных примесей.

При сварке плавящимся электродом образуется сварной шов, который получается за счет основного металла и металла электрода.

К неплавящимся электродам относятся электродные стержни и электроды для контактной электросварки – угольные, графитовые и вольфрамовые. При сварке неплавящимся электродом сварной шов получается только за счет расплавления основного металла и металла присадочного прутка.

1)Порошковые проволоки и ленты состоят из металлической оболочки, заполненной порошкообразными веществами – газообразующими и шлакообразующими материалами, ферросплавами и металлами.

2) Стальная сварочная проволока, предназначенная для сварки и наплавки. Она классифицируется по группам и маркам стали. Выделяют три группы сварочной проволоки: низкоуглеродистую – 6 марок, легированную – 30 марок и высоколегированную – 39 марок.

3) Стальная омедненная проволока предназначена для полуавтоматической сварки в среде защитных газов (углекислота или смеси аргона).

Сварку производим сварочной проволокой Св-07Х25Н13 так как она обеспечивает требуемые механические свойства и химический состав металла шва.

Таб.3 Химический состав электродной проволоки Св-07Х25Н13.

Таб.4 Механические свойства металла шва.

Сварочные флюсы.

Большинство металлов и сплавов при сварке взаимодействуют с окружающей атмосферой. Особенно реагирует расплавленный металл. Менее подвержен этому закристаллизовавшийся металл шва и металл в ЗТВ. В результате взаимодействия с окружающей средой происходит окисление металла, а также растворение в нем азота и водорода. Это приводит в большинстве случаев к ухудшению свойств металла шва и сварных соединений. Поэтому при сварке необходима защита металла сварочной ванны от контакта с воздухом. Применяется шлаковая, газовая и комбинированная защита.

Особенность шлаковой защиты заключается в возможности металлургической обработки расплавленного металла. Для этого применяют особые сварочные флюсы, образующие при расплавлении шлаки с определенными физико-химическими свойствами. Такие флюсы используют при автоматической и механизированной дуговой и электрошлаковой сварке и наплавке. Шлаки условно можно разделить на две группы: активные и пассивные. Активные шлаки наряду с защитой осуществляют и металлургическую обработку (раскисление, связывание серы и фосфора, легирование). Пассивные шлаки осуществляют в основном защитные функции. Кроме того шлаки должны обеспечивать хорошее формирование шва, надлежащий химический состав металла, отсутствие пор и трещин, устойчивость процесса сварки, легкую отделяемость шлаковой корки от поверхности шва. Для сварки сталей используют шлаки различных систем. В большинстве из них в качестве обязательной составляющей, оказывающей влияние на физические свойства шлака, входит фтористый кальций CaF2 . наибольшее распространение получили шлаки, содержащие MnO, FeO, CaO, MgO, Al2O3 и др.

Соотношение оксидов в шлаках для сварки различных сталей изменяются. Уменьшение концентрации активных оксидов (FeO, MnO, SiO2) повышение в них содержания прочих оксидов (CaO, MgO, Al2O3) приводят к уменьшению окислительной способности системы по отношению к большинству легирующих элементов в сварочной ванне.

По способу изготовления флюсы разделяют на плавленые и неплавленые. Плавленый флюс получают сплавлением его составляющих . сплавленную массу после охлаждения подвергают дроблению на зерна требуемого размера . Неплавленые флюсы представляют собой механическую смесь порошкообразных материалов, замешанном на определенном связующем, например на жидком стекле, прокаленную и гранулированною нВ зерна определенных размеров. Преимуществом плавленых флюсов являются высокие технологические свойства(защита, формирование, отделяемость шлаковой корки и др.) и малая стоимость. Преимуществом неплавленых флюсов является возможность в более широких пределах легирования металла шва через флюс.

В настоящее время в промышленности преимущественно применяются плавленые флюсы. Плавленые флюсы различают по содержанию в них оксидов кремния – высококремнистые (до 40-50% SiO2) и бескремнистые; по содержанию оксида марганца – высокомарганцевистые(более 30 % MnO), среднемарганцевистые (от 15 до 30 % MnO) и низкомарганцевистые. Низкокремнистые стали применяют в основном для сварки легированных сталей. Для сварки низкоуглеродистых сталей применяют в основном высококремнистые марганцевистые флюсы в сочетании с низкоуглеродистыми сварочными проволоками. Для сварки высоколегированных сталей содержащих большое количество таких легкоокисляющихся элементов, как C, Mo, Ti, Al и др. применяют бескремнистые флюсы на основе соединений CaO, CaF2, Al2O3 и бескислородные фтористые флюсы на основе CaF2, NaF и др. для сварки алюминия, магния , титана и их сплавов, используют флюсы образующие бескислородные шлаковые системы. Для титана – на основе CaF2, с небольшим добавлением хлоридов; для алюминия – на основе хлористых NaCl, KCl, LiCl) солей с добавками фторидов (NaF, KF, LiFи др.) для магниевых сплавов – на основе фторидных соединений (KF, NaF, BaF и др.). Для сварки меди и медных сплавов применяют флюсы образующие шлаковые системы основу которых составляют бораты. В другие шлаковые системы данные соединения входят в виде добавок.

Для изготовления флюсов используют исходные материалы (руды, кварцевый песок, рутил, коалин, мрамор, фтористые и хлористые соли и другие компоненты). Компоненты должны быть недорогими и чистыми от вредных примесей (серы, фосфора и др.). особенно высокая чистота требуется для флюсов используемых при сварке титана и его сплавов, а также других активных материалов.

Флюс влияет на устойчивость дуги, формирование и химический состав металла шва; в значительной мере определяет стойкость швов против образования пор и кристаллизационных трещин; от его состава зависит сила сцепления шлаковой корки с поверхностью шва.м при плавлении флюса выделяются газы и пары. Наличии во флюсе оксидов щелочных и щелочноземельных металлов увеличивает электрическую проводимость и длину дугового промежутка, что повышает устойчивость процесса сварки; наличие соединений фтора напротив снижает эти показатели. Таким образом флюсы обладают разными стабилизирующими свойствами в зависимости от их химического состава. На форму шва оказывает существенное влияние стабилизирующие свойства флюса, его насыпная масса и гранулометрический состав. Укорачивая дугу, флюс с плохим стабилизирующим свойством приводит к формированию узких швов с большой глубиной проплавления и высоким усилением. Флюс с хорошими стабилизирующими свойствами удлиняет дугу, дает широкие швы с малым проплавлением и небольшой высотой усиления.

Появлению в швах пор способствует: наличие ржавчины или окалины на свариваемых поверхностях; чрезмерное увлажнение флюса и свариваемых поверхностей; загрязнение свариваемых поверхностей органическими веществами; недостаточная защита зоны сварки от воздуха (малый слой флюса, большие зазоры между свариваемыми кромками); плохие технологические свойства флюсов или несоответствие флюса составу основного металла и электродной проволоки.

Изменяя содержание в металле шва углерода, серы, марганца, и других элементов флюс оказывает существенное влияние на стойкость швов против образования кристаллизационных трещин. Увеличение содержания углерода и серы в шве снижает, а увеличение содержания марганца повышает стойкость сварных швов против образования кристаллизационных трещин.

В состав флюса вводят элементы-стабилизаторы, повышающие стабильность горения дуги. Введение этих элементов позволяет применять переменный ток для сварки, более широко варьировать режимы сварки.

Химический состав металла шва формируется за счет основного и электродного металлов. Однако состав флюса может привести к заметным изменениям химического состава металла шва. Эти изменения возможны, как. правило, только в пределах долей процента, Для легирования металла шва применяют керамические флюсы.

Формирующая способность флюсов определяется вязкостью шлака, характером ее зависимости от температуры, межфазным натяжением на границе металл — шлак и т. п. Формирующая способность в значительной степени зависит от мощности дуги. При сварке мощной дугой (ток свыше 1000 А) хорошее формирование обеспечивают «длинные» флюсы, вязкость которых при повышении температуры монотонно уменьшается. При сварке кольцевых швов малого диаметра для предотвращения отекания шлака следует использовать «короткие» флюсы, вязкость которых резко уменьшается с повышением температуры. Существенное влияние на формирование шва оказывает газопроницаемость флюса, которая определяется размерами частиц и насыпной массой флюса.

Для сварки данной стали выбираем сварочный флюс АН-26С (ГОСТ 9087).

Область применения: Автоматическая и полуавтоматическая сварка нержавеющих коррозионно-стойких и жаропрочных сталей соответствующей сварочной проволокой.

· Строение зерен: стекловидное

· Цвет зерен: от серого до светло зеленого всех оттенков.

· Плотность: 1,3-1,8 г/см 3 .

· устойчивость дуги- хорошая.

· разрывная длина дуги- до 10 мм.

· формирование шва- хорошее с плавным переходом к основному металлу.

· склонность к образованию пор и трещин- низкая.

· отделимость шлаковой корки- хорошая.

Металлургические свойства: Низкокремнистый среднемарганцовистый солеоксидный флюс с химической активностью Аф = 0,45-0,5. При сварке-наплавке под флюсом не слишком интенсивно протекают кремне- и марганцевосстановительные процессы. Ударная вязкость металла швов составляет 150 Дж/см2 при 20°С. Хорошо зарекомендовал при сварке конструкций, работающих до -60°C.

Данные для применения: Постоянный и переменный ток до 1200 А, Vсв max до 120 м/ч; Uхх источника питания – не ограничено; сушка при Т= 400°С, 2 ч.

Разновидности материалов для сварки металла

Известно более 60-ти видов сварочных процедур, для каждой из которых предусматриваются особые расходные материалы для сварки, отличающиеся спецификой применения.

К числу таких материалов могут быть отнесены различные сварочные флюсы, обладающие заданными техпроцессом характеристиками, а также специальные инертные газы, используемые для защиты зоны сварки от окисления воздухом.

Помимо защиты материалы для сварочного процесса способны выполнять функцию химической очистки металлов, а также влиять на прочность образуемого соединения (шва).

Конкретный выбор сварочных материалов определяется используемым оборудованием и спецификой протекающих при сварке процессов. Государственный реестр содержит большое количество наименований изделий, которые принято называть расходными и которые используются по своему прямому назначению.

По способу использования в технологической цепочке основные виды расходного материала делятся на следующие группы:

• газы (газовые смеси);
• сварочные флюсы;
• присадочные проволоки;
• плавильные стержни (электроды);
• специальные керамические прокладки.

Ассортимент инертных газообразных веществ очень разнообразен и включает в свой состав такие распространённые газы, как аргон, углекислота, ацетилен и кислород. Гораздо реже в различных режимах сварки применяются гелий и водород.

Все эти сварочные составы имеют вполне конкретное применение, причём одни из них подходят для ручной дуговой сварки, а другие используются при работе в автоматическом и полуавтоматическом режимах.

Способы применения

Полный перечень функций, выполняемых вспомогательными сварочными материалами, выглядит следующим образом:

• поддержание полноценного и устойчивого дугового разряда;
• блокирование кислорода, содержащегося в окружающем воздухе;
• обеспечение заданных параметров самого процесса сварки и свойств обрабатываемых при этом металлов.

Рассмотрим, каким образом связана характеристика каждого из перечисленных сварочных материалов с особенностями его применения.

Электроды

Основное предназначение этих обязательных компонентов сварочного процесса – подведение электрического тока той или иной формы и полярности в зону сварки и обеспечение условий для плавления металла.

По своим конструктивным особенностям электроды подразделяются на металлические или неметаллические «расходники». Изделия на металлической основе делают из стали, вольфрама и других цветных металлов (меди, бронзы и им подобным), а неметаллические – с покрытием из неплавящихся угольных и графитовых составляющих.

Второй тип электродов (их ещё называют покрытыми), как правило, применяется при организации ручного сваривания заготовок, а в качестве стержня в них используется высоколегированная или углеродистая сталь.

Любые разновидности электродных материалов должны обеспечивать не только устойчивое горение в зоне сварки, но и изоляцию сварочной ванны от атмосферного кислорода, а также снижать эффект разбрызгивания частиц металла.

Проволока

Проволочные материалы так называемого «сплошного» типа идут на изготовление и производство специальных плавящихся электродов и присадочных прутков и могут применяться как в автоматических режимах сварки, так и для полуавтомата. Химический состав и основной типоразмер (диаметр) сварочной проволоки определяется толщиной свариваемых заготовок и химическими свойствами металла.

Ещё одна разновидность этих изделий называется «порошковой» и выглядит как трубка, наполненная внутри порошкообразным веществом. Заполняющий внутренние полости порошок выполняет в ней функцию, аналогичную покрытию на электродных стержнях.

Сварочные газообразные материалы (аргон, углекислота, гелий и кислород) применяются как по отдельности, так и в смесях. В первом случае они обеспечивают изоляцию сварочной ванны от кислорода, содержащегося в окружении, а во втором – способствуют повышению качества шва (повышают его механические и прочностные показатели).

Специальные керамические подкладки стали применяться при сварке не так давно, но уже сумели зарекомендовать себя с самой лучшей стороны. К достоинствам этих вспомогательных приспособлений следует отнести универсальность их применения, позволяющую использовать их практически в любых сварочных операциях.

Оценка расхода

Для минимизации производственных издержек при сварке заготовок важно грамотно рассчитать затраты материала, используемого для тех или иных целей. Это важно ещё и потому, что на крайний случай желательно иметь в личных хранилищах необходимый запас электродов различных марок, всевозможных флюсов, сварочной проволоки и инертных газов.

Приблизительный расчет требуемого количества расходных сварочных материалов основывается на действующих нормах их потребления с учётом особенностей того или иного вида сварки.

Под нормой потребления понимается количественный показатель, по которому можно судить об интенсивности расхода этих материалов с учетом возможных непроизводственных потерь (выбраковки) и отходов. Этот показатель включает в себя затраты на стадии подготовительных и основных работ, а также издержки, связанные с устранением брака.

Нормирование расхода предполагает учёт каждого из видов сварных швов и методов сваривания металлов в отдельности и оценку их с точки зрения экономии материала.

При этом обязательно учитываются неизбежные при любом сварочном процессе потери, которые также принято нормировать в зависимости от условий сварки и сложности обрабатываемой конструкции.

Специалисты пользуются известными формулами для расчёта необходимого объёма вспомогательных материалов, которые позволяют приблизительно оценит величину этого показателя.

Согласно этим выкладкам за показатель затрат используемых при сварке материалов принимаются их расходы на единицу длины сварного шва. Помимо этого, в формулах учитываются такие характеристики, как площадь поперечного сечения и удельный вес обрабатываемого металла.

Правила хранения

Помимо учёта расхода сварочных материалов следует побеспокоиться об их надёжной сохранности в складских условиях. Согласно инструкции под обозначением РД 34.10.124-94 в условиях склада они должны содержаться в заводской упаковке и быть разбиты по сортам и маркам отдельных наименований.

Само хранилище (кладовая) должно располагаться в специально оборудованном для этих целей закрытом помещении. Электроды с дополнительным покрытием, прошедшие предварительную прокалку, хранятся или в специальных сушильных шкафах или же в жёсткой таре, имеющей крышку с уплотнителем (при температуре не ниже +15 градусов).

Флюсы, также прошедшие прокалку, хранятся в тех же условиях и в таких же шкафах, что и покрытые электроды (в отдельных случаях допускается их складирование на специальных противнях из нержавейки).

Обратите внимание, что порошковая проволока, применяемая при аргонодуговой сварке также должна отправляться на хранение только после предварительной прокалки.

Срок хранения всех перечисленных выше расходных материалов при их содержании в сушильных шкафах, термических пеналах или другой герметичной таре обычно ничем не ограничен.

В случае хранения на открытых пространствах в помещениях кладовых этот срок ограничивается и для электродов и флюса составляет не более 15-ти суток. Для порошковой проволоки и плавильных изделий, используемых при сварке перлитной стали, он не может превышать 5-ти дней.

В зонах хранения материалов для сварки для удобства сварщика и обслуживающего персонала должны иметься специальные указательные таблички с данными об основных параметрах изделий (их марке, количестве, номере партии и тому подобное).

Подводя итог всему сказанному, отметим, что грамотный подход к выбору, применению и хранению расходного материала является залогом успешного выполнения сварочных работ. Только с учётом этого важного фактора удаётся добиться требуемого качества и надёжности готовых сварных изделий.

Выбор сварочных материалов

Выбор материалов для ручной дуговой сварки покрытыми электродами

При сварке конструкций из низкоуглеродистых сталей широко используются электроды с рутил-карбонатным покрытием тина Э42 марки АНО-5 и типа Э46 марки МР-3. Ранее широко распространенные электроды марки ОММ-5 (тип Э46) с рудно-кислым покрытием в настоящее время из-за высокой токсичности имеют ограниченное применение. Для особо ответственных сварных конструкций используют электроды с фтористо-кальциевым и фтористо-кальциево-рутиловым покрытием типа Э42А марок УОНИ-13/55 и СМ-11, обеспечивающие повышенные пластические свойства и стойкость металла шва против кристаллизационных трещин. Однако при наличии ржавчины на кромках или увлажнении покрытия понижается стойкость против образования в металле шва пор. Электроды марки СМ-11 в отличии УОНИ-13/55 пригодны для сварки не только постоянным, но и переменным током.

При изготовлении строительных и технологических металлоконструкций широко применяются высокопроизводительные электроды для сварки с глубоким проплавлением марок ЦМ-7С.

Сварочно-технологические характеристики электродов сравним в таблице 3.

Таблица 3– Сварочно-технологические характеристики электродов

Обычное, потери 4 – 6 %

Умеренное, потери 7-8%

Отделимость шлаковой корки

Склонность металла шва к образованию трещин

Типичный коэффициент наплавки

Расход электродов на 1кг наплавленного металла

Электроды СМ-11 с фтористо-кальциевым покрытием, содержащим железный порошок. Предназначены для сварки малоуглеродистых и низколегированных сталей. Содержание водорода в металле шва несколько выше, чем в металле шва выполненным электродами УОНИ-13/45 .

С учётом технологических характеристик, представленных выше, выбираем электроды марки УОНИ-13/45. Эти электроды не обладают такой универсальностью как, например электроды МР-3, однако эти электроды для особо ответственных конструкций из углеродистых и низкоуглеродистых сталей, когда к металлу швов предъявляют повышенные требования по пластичности и ударной вязкости, для конструкций работающих под динамическими нагрузками в условиях отрицательных температур; работающих под давлением, сварка металлов большой толщины. Сварка во всех пространственных положениях шва постоянным током обратной полярности.

Таблица 4 – Типичный химический состав наплавленного металла, %

Таблица 5 – Типичные механические свойства металла шва

Временное сопротивление, МПа

Предел текучести, МПа

Ударная вязкость, Дж/см2

Обеспечивают получение металла шва с высокой стойкостью к образованию кристаллизационных трещин и низким содержанием водорода.

Технологические особенности сварки

Сварку производят только на короткой длине дуги по очищенным кромкам. Прокалка перед сваркой: 250-300°С; 1 ч.

Выбор сварочных материалов для сварки в среде защитных газов плавящимся электродом

В качестве защитного газа для сварки низкоуглеродистых сталей с успехом может использоваться углекислый газ, аргон и гелий для этих целей применяют ограниченно.

Основной особенностью сварки плавящимся электродом является применение кремнемарганцовистой электродной проволоки с пониженным содержанием углерода, при использовании которой получаются плотные беспористые швы, компенсируется выгорание кремния и марганца и при сварке низкоуглеродистой стали обеспечивается получение швов, имеющих оптимальный химический состав.

При сварке низкоуглеродистых сталей с содержанием углерода, приближающимся к верхнему пределу (0,21-0,25%), для предупреждения образования в швах кристаллизационных трещин следует применять электродную проволоку марки Св-08ГС или Св-08Г2С. На свойства металла шва значительное влияние оказывает качество углекислого газа. При повышенном содержании в нем азота и водорода могут образовываться поры даже при хорошей защите дуги от воздуха и надлежащем содержании кремния и марганца в сварочной ванне. При применении углекислого газа первого сорта по ГОСТу 8050-64 и электродной проволоки указанных выше марок швы, как правило, получаются плотные без пор.

Сварка в углекислом газе характеризуется высокой производительностью и низкой стоимостью; к недостаткам способа относится повышенное разбрызгивание металла, а также получения в некоторых случаях неравномерных по внешнему виду швов. К тому же необходимо учитывать некоторые металлургические особенности, связанные с окислительным действием углекислого газа. При высоких температурах сварочной дуги углекислый газ (СО₂ ) диссоциирует на оксид углерода (СО) и кислород (О₂) который, если не принимать специальных мер, приводит к окислению свариваемого металла. Окислительное действие О₂ нейтрализуется введением в проволоку дополнительного количества раскислителей кремния и марганца. Поэтому для сварки в СО₂ широко применяют сварочные проволоки марок: Св-08ГС, Св-08Г2С.

Таблица 7 – Химический состав марок проволок Св-08ГС и Св-08Г2С (ГОСТ 2246-70)