Из чего состоит сварочный электрод – виды покрытий, маркировка, классификация
Чтобы создать условия для стабильного горения дуги, а также придать сварному шву требуемые свойства, используется специальное покрытие сварочных электродов, представляющее собой порошкообразный материал, которым покрывается изделие. От качества такого покрытия напрямую зависят эффективность выполняемой сварки и прочность свариваемых конструкций.
Покрытые сварочные электроды
Свойства компонентов покрытия электрода
Для того чтобы шов вышел хорошего качества, нужны специальные компоненты. Итак, выполняя сварочные работы, в зоне сварки нужно обеспечить создание самых подходящих условий для быстрого и надежного соединения металлических поверхностей. Перечислим основные задачи, которые выполняют электроды со спецпокрытием.
Стабилизация разряда дуги
Чтобы сварная дуга имела максимальную стабильность, электроды покрываются специальными веществами, которые имеют низкую величину потенциала ионизации. Это приводит к тому, что при выполнении сварочных работ дуга насыщается свободными ионами, стабилизирующими процесс горения. Сегодня покрытие электродов может включать в себя такие компоненты, как поташ, натриевое или калиевое жидкое стекло, мел, титановый концентрат, барий углекислый и прочее. Данные покрытия носят название ионизирующих.
Защита области сварки от атмосферных газов
Компоненты, входящие в состав покрытия электрода, способствуют созданию защитного облака, состоящего из диоксида углерода и монооксида углерода, а также участвуют в образовании шлакового слоя, образующегося на сварном шве и укрывающим сварочную ванну от газов, содержащихся в окружающем воздухе. К образующим газ компонентам относятся декстрин, целлюлоза, крахмал, пищевая мука и другие. А шлак образуют каолин, мрамор, мел, кварцевый песок, титановый концентрат и прочее.
Компоненты покрытия электрода и их свойства
Помимо защиты шва от содержащихся в воздухе газов шлак способствует снижению скорости охлаждения металла и его последующей кристаллизации, что в свою очередь благоприятно сказывается на выходе из свариваемого металла газов и ненужных примесей.
Легирование металла шва
Легирование способствует улучшению ряда свойств сварного шва. Основные металлы, которые способствуют легированию, – это титан, марганец, кремний и хром.
Раскисление расплава
Во время сварки очень важно удалить кислород из металла, для чего используются специальные раскислители – это вещества, вступающие в реакцию с кислородом эффективнее железа, и связывающие его. Это титан, молибден, алюминий или хром, добавляемые как ферросплавы в состав покрытия электрода.
Связывание всех составных элементов воедино
Покрытые электроды нуждаются в крепкой связи покрытия со стержнем, а также всех составляющих элементов покрытия между собой. При этом главным связующим компонентом является силикат натрия или жидкое калиевое стекло. Стоит напомнить, что жидкое стекло (по сути силикатный клей) еще и отлично стабилизирует сварочную дугу, что делает его незаменимым компонентом электродов всех видов.
Особенности покрытий
Состав и толщина используемых покрытий оказывает непосредственное влияние на такие показатели как стабильность электродуги, вязкость расплавленного металла, а также шлака, особенности поведения металла при переходе в сварочную ванну и прочее.
Химический состав покрытия
Выделяют следующие виды покрытий в зависимости от входящих в его состав компонентов.
Рутиловые
В их основе – минерал рутил, который составляет основную часть покрытия, остальные компоненты — это кремнезем, карбонат магния или кальция, ферромарганец. Электроды с рутиловым покрытием отличаются тем, что переход металла в сварочную ванну происходит с минимальным разбрызгиванием. Шов получается ровным, характеризуется легким отделением окалины, что способствует высокому качеству выполняемой работы. Рутиловые электроды также обеспечивают повторное легкое зажигание дуги, делая процесс сваривания более быстрым. Также к достоинствам такого покрытия относится то, что оно безопаснее для здоровья сварщика.
Рутиловые электроды бывают не только чистого типа, но еще и смешанного: рутилово-основные, рутилово-целлюлозные, рутилово-кислые. Вся совокупность электродов с рутиловыми покрытиями позволяет работать практически с любыми видами швов.
Схема сварки покрытым электродом
Основная особенность покрытий этого вида – создание в процессе сваривания большого объема газов и небольшого процента шлаков, что весьма удобно при варке вертикальных швов. Электроды с целлюлозным покрытием могут включать в свой состав органические смолы, тальк, собственно целлюлозу и разные ферросплавы. Единственным недостатком такого покрытия является низкая пластичность металла шва, которая вызвана большим объемом водорода, выделяющимся при сгорании органики, а также повышенная разбрызгиваемость металла.
Основные
В состав таких электродов входят карбонаты магния и кальция, в качестве которых чаще всего выступают мрамор, доломит и магнезит. Лучше всего сварочные работы на таких электродах выполнять при постоянном токе, поскольку при переменном добавляемый в такие электроды (для разбавления шлака) плавиковый шпат может ухудшать качество шва. Но при небольшом количестве плавикового шпата в составе покрытия вполне допускается работать с переменным током.
Электроды с основным покрытием используют при сваривании ответственных стальных конструкций, так как металл получаемого шва обладает высокой пластичностью. К особенностям при работе с такими электродами можно отнести тот факт, что швы получаются довольно грубыми и выпуклыми. Хранить их необходимо в сухом месте, потому что электроды такого типа отличаются высокой гигроскопичностью.
С железным порошком
Внедрение в состав покрытия железного порошка значительно увеличивает производительность труда. Проплавляющая способность дуги увеличивается, что положительно сказывается на качестве сварки соединений с повышенными или неравномерными зазорами, а также облегчает повторное зажигание дуги.
Кислые покрытия
Эти электроды покрываются оксидами железа и марганца, которые выделяют в сварочную дугу значительный объем кислорода. Это уменьшает поверхностное натяжение, придавая металлу большую тягучесть, повышая тем самым ее температуру и делая расплавленный металл более текучим. Что благоприятно сказывается на скорости работы, но повышает опасность подрезов.
Также марганец образует опасные оксиды, которые отрицательно влияют на здоровье сварщика, поэтому в последнее время такие покрытия заменили на рутилово-кислые.
Схема сварочного электрода
Толщина покрытия электродов
ГОСТ 9466-75 регламентирует разделение электродов на несколько типов по толщине, отталкиваясь от соотношения внешнего диаметра электрода D к диаметру стержня d.
- тонкие (D/d < 1,2 – («М»));
- средние (1,2 < D/d < 1,45 – («С»));
- толстые (1,45 < D/d < 1,8 – («Д»));
- особо толстые (D/d > 1,8 – («Г»)).
Маркировка электродов
Виды и марки электродов насчитывают десятки модификаций, поэтому для успешного ориентирования в их разновидностях была введена универсальная маркировка. Разумеется, по маркировке электрода всегда можно понять, какое покрытие он несет. Основные параметры в данном случае – это толщина и тип покрытия. Помимо этого в маркировке упоминается допустимое пространственное положение сварочного шва, а также род тока.
Пример расшифровки маркировки покрытого электрода
Для примера рассмотрим электрод Э46.
- 1 – указывает на толщину покрытия (Д – это толстое);
- 2 – означает тип покрытия (Р – это рутиловое);
- 3 — говорит о допустимом положении шва (1 – подходит для всех положений);
- 4 – это род тока (1 – означает переменный и постоянный любой полярности).
Влияние влажности на электроды
Содержащаяся во влажных электродах вода (а именно входящий в ее состав водород) крайне негативно влияет на качество сварных соединений, способствуя образованию трещин и ухудшая стабильность дуги. Чтобы удалить лишнюю влагу перед началом работы рекомендует прокалить электроды, что значительно повышает устойчивость электродуги и благоприятно сказывается на качестве швов. Для сварки особо важных конструкций необходимо использовать электроды с пониженным содержанием водорода.
Маркировка сварочных электродов
Производство покрытий для электродов
При производстве сварочных электродов необходимо не только точно соблюсти количественное содержание всех необходимых компонентов, но и обеспечить их равномерное распределение по всей длине покрытия. Для этого применяется точное оборудование, которое качественно измельчает используемые вещества, просеивает через систему сит, формирует обмазочный состав в нужной консистенции и наносит его на стержень.
После смешивания сухих компонентов к ним добавляют жидкое стекло, которое выступает в качестве связующего элемента, способствующего эффективному превращению сырья в единую массу. Получаемая в итоге паста наносится на электроды методом опрессовки, после чего они поступают в специальные камеры на просушку и дальше – на прокалку.
Проволока для производства электродов
В основе сварочных электродов заложены металлические стержни, которые изготавливаются из стальной проволоки. Проволока для изготовления сварочных электродов изготавливается согласно государственным стандартам и полностью соответствует техническим условиям.
Чаще всего электродную проволоку изготавливают из легированных, низкоуглеродистых и высоколегированных сталей. Такая проволока является холоднотянутой. При изготовлении сварочных электродов применяется большое количество марок, поэтому все они отличаются между собой химическим составом.
Все предприятия, которые изготавливают электродную проволоку, производят свою продукцию на высоком уровне качества. Из электродной проволоки выпускаются сварочные электроды самых популярных марок, потому что такая проволока полностью соответствует государственным стандартам, принятым в нашей стране. Среди таких марок находятся такие сварочные электроды: УОНИ 13/55, ОК 48.00, АНО-21, ОЗС-12, ЦУ-5, МР-3С.
А теперь переходим к рассмотрению обозначений электродной проволоки. В обозначение марки электродной проволоки входит индекс Св, который обозначает, что эта проволока является сварочной. За данным индексом следуют цифры и буквы.
Первые две цифры показывают процентное содержание углерода в проволоке в сотых долях. Далее указывается тип проволоки и другие ее особенности. Для того чтобы Вы могли знать основные разновидности электродной проволоки и при необходимости их различить, была разработана таблица, приведенная ниже: «Марки электродной проволоки для стержней»
Чаще всего сварочные электроды производятся из электродной проволоки, которая изготовлена из низкоуглеродистых видов стали, например Св-08 или Св-08А. Буква «А» указывает на то, что в составе металла проволоки существует повышенная чистота металла по отношению к сере и фосфору. Если же в конце наименования сварочной проволоки указаны две буквы «А» (например Св-08АА), то это указывает на пониженное содержание серы и фосфора в составе металла сварочной проволоки. Поэтому получается, то из сварочной проволоки Св-08АА изготавливают электроды, которые имеют повышенную пластичность и вязкость металла шва, нанесенного такими электродами.
В легированных сварочных проволоках может встречаться до шести легирующих элементов. Если концентрация таких элементов слишком высока, то такую проволоку считают высоколегированной. Во всяком случае, для изготовления сварочных электродов используется только качественная сварочная проволока.
Виды электродов
Сварочный электрод представляет собой стержень из токопроводящего материала. Он может быть без покрытия или иметь специальную обмазку из различных химических компонентов, определяющую его характеристики и улучшающую качество шва. Основное назначение электрода — передача напряжения к свариваемым деталям и конструкциям.
Конструкция электрода
Сварочные электроды состоят из трех элементов:
- металлического или неметаллического стержня;
- покрытия или обмазки (в некоторых марках может отсутствовать);
- контактного наконечника.
Основой сварочного электрода является холоднотянутая проволока сечением от 0,3 до 12 мм.
Для изготовления стержней используется сталь трех категорий:
- углеродистая — для сварки углеродистой и низколегированной стали;
- легированная — для соединения деталей из легированной, конструкционной и жаропрочной стали;
- высоколегированная — для работы с нержавейкой, хромоникелевыми и хромистыми сплавами.
При сварке стержень плавится, заполняя сварную ванну расплавленным металлом. Одновременно плавится обмазка, покрывая тонким слоем расплавленный металл и создавая защитное газовое облако, перекрывающее доступ кислорода к области сварки.
Устройство сварочного электрода
Назначение
От типа сварочных расходников зависит глубина прогрева металла, быстрота розжига, стабильность электрической дуги.
Электроды должны обеспечивать:
- образование качественного шва нужного химического состава;
- поддержание стабильной дуги во время всего периода работы;
- защиту расплава сварочной ванны от доступа кислорода;
- минимальное разбрызгивание раскаленного металла;
- легкое отделение и удаление шлака с поверхности шва;
- высокую прочность и ударную стойкость сварного соединения.
В процессе сварочных работ электроды должны выделять минимальное количество токсичных газов.
Электроды для ручной дуговой сварки.
Размеры и вес, характеристики
К основным параметрам сварочных стержней относится диаметр стержня. Его выбор зависит от толщины обрабатываемых заготовок и параметров сварочного оборудования.
Таблица 1. Усредненные данные по соответствию диаметров, токов и толщины заготовок:
Толщина заготовки, мм
Чем толще свариваемый металл, тем больше должен быть диаметр электрода.
Производители выпускают стержни различной длины, от 150 до 450 мм. Длина электрода важна в ситуациях, когда нежелательно прерываться в процессе сварки. Например, при ремонте герметичных емкостей или трубопроводов, находящихся под давлением.
Виды и состав обмазки сварочных электродов
Обмазка — нанесенная на металлический стержень гомогенизированная масса из различных химических компонентов. Задача покрытия — обеспечение бесперебойного горения и придание определенных свойств сварному соединению. Его разновидности:
- Кислое — обозначается буквой «А».
Состоит из оксидов марганца, железа и кремния. Предназначена для сваривания изделий из низкоуглеродистых сталей, преимущественно в горизонтальном положении.
Хорошо работает даже на ржавом металле. Образует стабильную дугу. Может использоваться при работе на переменном и постоянном токе.
К недостаткам относится токсичность, высокая текучесть металла шва, недостаточная чистота и повышенная концентрация водорода в сварочной ванне.
- Основное — «Б».
Состоит из фтористых соединений и карбонатов. Такие стержни применяются для дуговой сварки толстых заготовок и конструкций, работающих при высоких знакопеременных и динамических нагрузках, из высокоуглеродистых легированных сталей. Подходят для работы во всех пространственных положениях.
Образуют механически прочные, чистые от химических примесей швы, обладающие высокой пластичностью, ударной вязкостью и стойкостью к трещинообразованию.
Минусы стержней с основным покрытием: образование короткой нестабильной дуги, сложности с отделением окалины, трудности при хранении.
- Рутиловое — «Р».
Основные компоненты — минерал рутил, ферромарганец, кремнезем, карбонат кальция или магния.
Подходит для сваривания строительных конструкций и изделий из низколегированных малоуглеродистых сталей в любых пространственных положениях.
Обеспечивает высокое качество шва, легкое отделение шлака и минимальное разбрызгивание металла.
Недостаток рутиловых электродов в высокой текучести, низкой химической чистоте шва, повышенной концентрацией водорода в сварочной ванне.
- Целлюлозное — «Ц».
Имеет в составе обмазки натуральную целлюлозу, ферросплавы и органические смолы.
Обеспечивает хороший провар на постоянном токе. Сварка на переменном токе требует дополнительного оборудования.
Благодаря образованию небольшого количества плотного и вязкого шлака, односторонняя сварка целлюлозными электродами возможна в любом пространственном положении, в том числе в труднодоступных местах.
К недостаткам электродов с целлюлозным покрытием относится высокая концентрация водорода, понижающая пластичность сварного шва и большой расход, связанный с сильным разбрызгиванием металла.
Как делают электроды?
Производство электродов – узкоспециализированный, сложный технологический процесс. Они необходимы во многих отраслях и используются в больших масштабах. Рассмотрим, как делают электроды, каковы особенности их изготовления.
Все электроды делятся на два основных вида – неплавящиеся и плавящиеся. К первым относят изделия из тугоплавких материалов – вольфрама, синтетического графита и некоторых других. Ко вторым – металлические покрытые электроды, стержни которых изготовлены из металлов и сплавов – сталей, цветмета и т. д. Наиболее распространена вторая группа, о ней и пойдет речь.
От сварочной проволоки – к стержню
На производство электродов для ручной дуговой сварки идет сварочная проволока из низкоуглеродистой, углеродистой, легированной или высоколегированной стали (ГОСТ 2246-70). Выбор марки стали напрямую зависит от химических свойств металла свариваемых конструкций.
Стержни изготавливаются на специальных правильно-отрезных станках, где:
- проволока необходимого диаметра, поступающая на станок с бухты, подвергается знакопеременному изгибу и выпрямляется;
- после выпрямления производится рубка на стержни заданной длины.
На выходе стержни-заготовки проверяются оператором станка, брак отсортировывается, далее следует проверка сотрудниками ОТК.
Получение обмазки
Основная функция обмазки (покрытия) – защита сварочной ванны от губительного для металла кислорода. Состав материалов покрытия зависит от типа электродов. Все применяемые материалы проходят входной контроль на содержание основных элементов и примесей.
Подготовка осуществляется следующим образом:
- кусковые материалы дробятся на большие и средние куски;
- далее происходит их мелкое дробление в дезинтеграторах и шаровых мельницах;
- частицы просеиваются через специальные сита;
- частицы ферросплавов пассивируются путем вылеживания на воздухе или с применением температурной обработки. Вокруг каждой частицы образуется окисная пленка, препятствующая вступлению в реакцию со связующим (жидким стеклом) при приготовлении обмазочной массы;
- материалы дозируются в определенной пропорции и тщательно перемешиваются до образования однородной массы;
- подготавливается связующее вещество – раствор жидкого стекла (силикат натрия, калия, калиево-натриевый, реже силикат лития);
- связующее добавляется в подготовленную сухую шихту, замешивается обмазочная масса.
Масса имеет очень густую консистенцию, напоминающую влажную рыхлую почву.
Нанесение покрытия
Ранее при изготовлении электродов покрытие наносилось окунанием. В жидкую обмазку вручную опускался металлический стержень, который затем медленно поднимали. После подсыхания нанесенного состава операцию повторяли несколько раз до образования на основе слоя определенной толщины.
На современных предприятиях этот способ не применяется. Используются специальные прессы, которые создают давление до 700 атмосфер:
- обмазочная масса предварительно брикетируется;
- далее она поступает в цилиндр пресса и уплотняется с помощью специального поршня;
- с высокой скоростью подачи стержни (до 500 и более штук в минуту) поступают в обмазочную головку, куда одновременно поступает масса покрытия;
- все вместе проталкивается через отверстие калибрующей втулки (цилиндр определенной длины с отверстием внутри), расположенной в обмазочной головке.
Такой метод опрессовки позволяет получить не просто ровное, но и концентрично расположенное относительно стержня покрытие. За это отвечает правильная установка калибрующей втулки в головке пресса.
Эта характеристика особенно важна при производстве электродов. Чем меньше диаметр электродов, тем меньше допуск по эксцентричности покрытия. Если нормы по эксцентрике нарушены, то такие электроды будет невозможно применять в разных пространственных положениях, например, при монтаже конструкций, особенно при сварке трубных конструкций.
Благодаря калибрующей втулке и заданному давлению обмазочной массы получают необходимую толщину обмазки. Последняя не менее важна – ее недостаток напрямую влияет на качество сварного шва (недостаточная защита сварочной ванны от окружающего воздуха). Слишком толстое покрытие может потрескаться уже при прокалке, а в процессе сварки – привести к образованию «втулки» из покрытия, препятствующей процессу сварки.
Опрессовка позволяет получить практически идеально ровную поверхность обмазочного слоя (в пределах допуска 0,05 мм). Сверхнормативная разнотолщинность (эксцентричность) покрытия может негативно сказаться на качестве металла шва, став причиной несплавлений или попадания шлака.
Все необходимые параметры в процессе опрессовки задаются и контролируются оператором-прессовщиком.
Зачистка покрытия
Непосредственно после опрессовки электроды попадают на зачистную машину. Здесь зачищаются от обмазки оба конца: