Электроды, сварочная проволока, флюсы, защитные газы

Для выполнения сварочных работ применяются электроды, сварочная проволока, флюсы, защитные газы.

Электроды для сварки конструкций из малоуглеродистых и низколегированных марок сталей в зависимости от толщины, качества и состава покрытия подразделяются на электроды с тонким (стабилизирующим) покрытием и электроды с толстым (качественным) покрытием.

Тонкие покрытия наносят слоем 0,1—0,3 мм на сторону, однако они не обеспечивают высоких механических свойств наплавленному металлу. Электроды с тонким покрытием применяют для сварки неответственных конструкций, в настоящее время они употребляются редко.

Толстые покрытия наносят слоем 0,5—2,5 мм на сторону, что составляет 20—40% массы металла электродного стержня.

Наплавленный металл при сварке качественными электродами с толстой обмазкой по механическим свойствам не уступает основному металлу.

Качественные электроды для сварки углеродистых и легированных конструкционных сталей в зависимости от механических характеристик металла шва и сварного соединения подразделяют на несколько типов. Для ручной сварки малоуглеродистых сталей класса С38/23 (СтЗ) применяют электроды Э42, Э42А, Э46 и Э46А. Для низколегированных сталей класса С44/29 (09Г2С, 09Г2, 10Г2С1) и класса С46/33 (14Г2, 10Г2С1Д, 15ХСНД) применяют электроды Э46, Э46А, Э50 и Э50А. Буква Э означает электрод, цифры 42, 46 и 50 — временное сопротивление при растяжении наплавленного металла, кН/см2, буква А указывает на повышенные пластические свойства наплавленного металла. Электроды Э42А, Э46А и Э50А применяются для сварки элементов конструкций, подвергающихся непосредственному воздействию динамических или вибрационных нагрузок. Для низколегированных сталей класса С52/40 и С60/45 применяют электроды Э60А, а для сталей класса С70/60 — электроды Э70.

Каждому типу может соответствовать одна или несколько марок электродов, отличающихся составом покрытия, маркой электродного стержня, технологическими свойствами, свойствами металла шва. Покрытия (обмазки) электродов подразделяют на рудно-кислое, рутиловое, фтористо-кальциевое.

Электроды с рудно-кислым покрытием (марки ОММ5, ЦМ7 и ЦМ-8) применяются для сварки во всех пространственных положениях переменным и постоянным током. Металл, наплавленный электродами этих марок, по своему составу соответствует кипящей стали. Недостатком таких электродов является повышенное разбрызгивание металла и выделение в процессе сварки марганцовистых соединений, вредно влияющих на организм человека.

Электроды с фтористо-кальциевым покрытием (марки СМ-11, УОНИ-13/45 и УОНИ-13/55) применяются для сварки постоянным током обратной полярности во всех положениях. Наплавленный металл соответствует спокойной стали и имеет высокие показатели ударной вязкости при положительных и отрицательных температурах.

Электроды этих марок применяются для сварки расчетных элементов конструкций, подверженных динамическим воздействиям, а также листовых конструкций большой толщины, работающих под давлением. Эти электроды весьма чувствительны к окалине, ржавчине, маслу и влаге, находящихся на кромках свариваемых деталей.

Электроды с рутиловым покрытием (марок МР-1, МР-3, ОЗС-4, ОЗС-3, АНО-3 и АНО-4) обеспечивают устойчивое горение дуги, хорошее формирование металла шва во всех пространственных положениях, легкую отделяемость шлака, минимальное разбрызгивание металла, небольшое выделение вредных газов и малую их токсичность. По сравнению с электродами ОММ-5 и ЦМ-7 при сварке электродами с рутиловым покрытием уменьшается выделение пыли в два-три раза, а окислов марганца в полтора-четыре раза.

Электроды с рутилово-карбонатным покрытием (АНО-3 и АНО-4) обеспечивают высокую ударную вязкость металла шва при положительных и отрицательных температурах после сварки и после старения.

Высокопроизводительные электроды (ЗРС-1, ЗРС-2, ЗС-200 и МС-200) содержат значительное количество железного порошка в покрытии, что обеспечивает высокий коэффициент наплавки [от 11 до 18 г/(А-ч)] и высокий переход металла электрода в шов (от 107 до 180%).

Сварочная проволока при намотке на кассеты должна быть очищена от ржавчины, жиров и грязи и не должна иметь резких перегибов, затрудняющих ее подачу.

Для сварки углеродистых и низколегированных сталей применяются порошковые проволоки марок ПП-АН1, ПП-АНЗ, ПП-АН6 (сварка открытой дугой), ПП-АН4, ПП-АН5, ПП-АН8, ПП-АН9 (сварка в углекислом газе). Порошковая проволока представляет собой в поперечном сечении трубку с толщиной стенки 0,2—1 мм, заполненную смесью размолотых шлакообразующих компонентов, ферросплавов и железного порошка.

Сварка порошковой проволоки обеспечивает высокий коэффициент наплавки и уменьшение разбрызгивания металла шва. Для сварки конструкций из алюминиевых сплавов применяют электроды и присадочную проволоку из тех же сплавов, из которых изготовлены конструкции.

При ручной сварке на переменном токе в качестве неплавящегося электрода используют вольфрамовые прутки диаметром 3—8 мм и присадочную проволоку из алюминиевых сплавов диаметром 3—4 мм. При автоматической и полуавтоматической сварке применяют электродную проволоку из алюминиевых сплавов диаметром 2 мм. Для механизированной сварки стальных конструкций обычно применяют плавленые флюсы. Для автоматической сварки углеродистых сталей класса С38/23 и низколегированных классов С44/29 и С46/33 применяют флюсы марок АН-348А и ОСЦ45, для полуавтоматической — АН-348АМ и ОСЦ45М.

Для сварки сталей классов С52/40, С60/45 и С70/60 применяют флюс марки АН-22. Флюс АН-60 применяется для автоматической сварки двухдуговыми головками на больших скоростях; флюс АН-8, АН-8М — для электрошлаковой сварки. Влажность флюса не должна превышать 0,1%. При большей влажности флюс необходимо просушить.

Размеры зерен флюса от 1,5 до 3 мм.

Инертный защитный газ аргон марки Б чистотой 99,9% применяют для сварки алюминиевых плавов, а также чистого алюминия. Содержание примесей в виде кислорода, азота и влаги в аргоне должно быть не более 0,05%. Чистый аргон хранят и перевозят в газообразном состоянии в стальных баллонах (окрашенных в серый цвет) под давлением 15 МПа. Расход аргона при ручной сварке около 25 л/мин, при автоматической—12—15 л/мин.

Сжиженный углекислый газ (двуокись углерода С02), применяемый для сварки стальных конструкций, должен удовлетворять требованиям ГОСТ 8050—64 и обычно доставляется в баллонах (окрашенных в черный цвет) вместимостью 25—30 кг газа. Содержание примесей в углекислом газе должно быть не более 1,5%, а воды в свободном состоянии — не более 0,1 %.

Транспортировку углекислого газа также производят в специальных цистернах, отвечающих требованиям Госгортехнадзора.

 

84.Способы сварки давлением.

Сварка давлением - это способ получения неразъемного соединения деталей путем их совместного пластического деформирования.

Известны две разновидности сварки давлением: без нагрева (сварка взрывом, импульсом магнитной энергии, холодная сварка) и с нагревом (кузнечная, ультразвуковая, трением, диффузионная, высокочастотная, газопрессовая и контактная сварка). Природа образования соединения во всех случаях сварки как с нагревом, так и без него одна: это результат взаимодействия между активированными атомами соединяемых поверхностей. Различают три стадии процесса образования соединения при сварке давлением. На первой стадии образуется физический контакт, происходит активация поверхностей, которые сближаются на параметр кристаллической решетки, преодолевая энергетический барьер, но сохраняют устойчивое состояние, не сливаясь. На второй стадии образуется химическое соединение активированных поверхностей, происходит сварка - сближение атомов на расстояние межатомарного взаимодействия. Ширина границы раздела становится соизмеримой с шириной межзеренной границы, прочность соединения становится соизмеримой с прочностью основного металла. На третьей стадии происходит диффузионный обмен масс через объединенную поверхность соединения. При этом вновь полученная поверхность раздела размывается или расчленяется продуктами взаимодействия.

На третьей стадии в зависимости от ее продолжительности и рода соединяемых металлов может происходить один из следующих процессов (рис. 132). При сварке одноименных металлов мелкозернистая граница раздела при длительной выдержке замещается крупными рекристаллизованными зернами. Прочность соединения снижается на 10...20 %.

При сварке пар металлов с неограниченной растворимостью друг в друге при достаточно большой выдержке (до 10 мин) на вновь образованной границе раздела развивается диффузионная прослойка, состоящая из твердого раствора свариваемых металлов. Прочность соединения в этом случае выше прочности одного из металлов пары.

При соединении некоторых пар металлов может образовываться эвтектика - механическая смесь кристаллитов компонентов этих металлов. Она хрупкая, имеет низкую прочность. Другие разнородные металлы могут образовывать друг с другом химические соединения интерметаллиды. Они имеют высокую прочность, но низкую пластичность. При сварке таких металлов между собой в их контакте в третьей стадии процесса будут возникать эвтектические и интерметаллидные включения, ухудшающие механические свойства промежуточной прослойки. Поэтому при затягивании третьей стадии диффузионные процессы в контакте разнородных металлов могут привести к полному разрушению соединения.

Основная трудность при всех способах сварки давлением заключается в том, что надо обеспечить физический контакт между соединяемыми поверхностями и активировать их так, чтобы остаточная деформация деталей (вмятины, грат) была минимальной.

Реальные поверхности кроме макро-, микро и субмикрошероховатостей (рис. 133) имеют макроотклонения или отклонения формы сопрягаемых поверхностей, характеризующие точность их обработки (рис. 134). Физическое контактирование должно сопровождаться большой деформацией. Действительно, чтобы снять микронеровности высотой всего 10... 15 мкм или выровнять неплоскостность на 50...500 мкм, приходится деформировать всю массу детали на величину, достигающую 90 % ее толщины. Это "вынужденная" деформация ев - такая относительная остаточная деформация, при которой под действием усилия сжатия произошло завершение физического контакта по всей плоскости сварки.

Уменьшить вв можно тремя приемами. Первый из них - уменьшение деформационного упрочнения шероховатого слоя в контакте путем замедленного сжатия деталей при высокой температуре нагрева (диффузионная и газопрессовая сварка). В этом случае е3 = 5... 15 %. Второй прием - это резкое увеличение напряженного состояния в шероховатом слое контакта путем чисто контактного сжатия (сварка взрывом, импульсом магнитной энергии). В этом случае ев —> 1. Третий прием - создание чисто контактного, локального нагрева при одновременном сохранении условий, при которых не происходит деформационного упрочнения в контакте. Это способы контактной сварки, при которых .в =15 %, и прецизионные способы контактной сварки, при которых ев = 2...5 %.

Среди известных способов сварки давлением только при диффузионной сварке и сварке взрывом ев приближается к минимально возможной. Это обусловлено контактированием с критическими скоростями, при которых благодаря диффузионным процессам разупрочнение в контакте преобладает перед его деформационным упрочнением. Для всех остальных способов сварки давлением фактические скорости контактирования намного превышают критические. Следовательно, при этих способах нельзя получить соединения с минимальной остаточной деформацией. Например, чтобы при холодной сварке получить соединение с минимальной осадкой, скорость контактирования при комнатной температуре должна быть настолько медленной, что для завершения сварки потребуются годы.

Несмотря на это способы сварки давлением значительно расширяют область применения сварки, позволяя сваривать между собой разнородные металлы, соединение которых сваркой плавлением невозможно, неметаллические материалы с металлами, и резко повышают производительность в условиях массового производства.

Рассмотрим далее особенности способов сварки давлением.

 

85.Прогрессивные способы сварки и наплавки.

Сварка в углекислом газе является одним из ведущих процессов в отрасли. Основные проблемы, обусловливающие совершенствование этого способа сварки, заключаются в снижении остаточных сварочных деформаций, улучшении формообразования шва и получении бездефектных сварных соединений, разработке мероприятий, устраняющих повышенное разбрызгивание.

С целью снижения деформаций в ИЭС им. Е. О. Патона разработана электродная проволока на основе Si—Мп—Zr, позволяющая проводить сварку на прямой полярности в среде углекислого газа. По сравнению со сваркой на обратной полярности коэффициент наплавки увеличивается на 25—30%, повышается стойкость против кристаллизационных трещин вследствие меньшего перехода приме­сей из основного металла в шов, а угловые сварочные деформации снижаются на 35—40% [32].

Применение переменного тока промышленной частоты для питания дуги при сварке в углекислом газе позволяет использовать более простое и дешевое оборудование. Однако попытки вести сварку на переменном токе не имели успеха из-за низкой стабильности процесса. В работе [33] сообщается о разработке способа сварки активированной проволокой на переменном токе, обеспечивающего высокую стабильность процесса. При этом устраняется явление магнитного дутья, а потери металла на разбрызгивание снижаются до 4—6% при удовлетворительной форме шва.

Все большее распространение получает сварка в смесях защитных газов. Защитная среда, определяя форму дуги, оказывает влияние на склонность металла шва к образованию пор. Швы, выполня­емые при сварке в смеси СОг + 20% Ог (при токе до 500 А и ско­рости сварки до 70 м/ч), не имеют дефектов пористости. Наименьшие потери на разбрызгивание достигаются при использовании проволоки диаметром 1,4 мм и вылете электрода <25 мм. Кроме того, при сварке в защитном газе такого состава улучшаются горение дуги и форма шва, увеличиваются производительность наплав­ки и глубина проплавления.Особенности сварки различных металлов и сплавов.

Сварка углеродистых сталей

Низкоуглеродистые стали можно сварить любым способом газовой сварки. Пламя горелки должно быть нормальным, мощностью 100-130дм 3/ч при правой сварке.

При сварке углеродистых сталей применяют проволоку из малоуглеродистой стали св-8 св-10га. При сварке этой проволокой часть углерода, марганца и кремния выгорает, а металл шва получает крупнозернистую структуру и его предел прочности такового для основного металла. Для получения наплавленного металла равнопрочного основному, применяют проволоку св-12гс, содержащую до 0.17% углерода; 0.8-1.1 марганца и 0.6-0.9% кремния.

Сварка легированных сталей

Легированные стали хуже проводят тепло чем низкоуглеродистая сталь, и поэтому больше коробятся при сварке.

Низколегированные стали (например XCHД) хорошо свариваются газовой сваркой. При сварке применяют нормальное пламя и проволоку СВ-0.8, СВ-08А или СВ-10Г2

Хромоникелевые нержавеющие стали сваривают нормальным пламенем мощностью 75дм3 ацетилена на 1мм толщины металла. Применяют проволоку СВ-02Х10Н9, СВ-06-Х19Н9Т. При сварке жаропрочной нержавеющей стали, применяют проволоку содержащую 21% никеля 25% хрома. Для сварки коррозиностойкой стали содержащей молибден 3%, 11% никеля, 17% хрома.

Сварка чугуна

Чугун сваривают при исправлении дефектов отливок, а так же восстановлении и ремонте деталей: заварке трещин, раковин, при варке отколовшихся частей и пр.

Сварочное пламя должно быть нормальным или науглероживающим, так как окислительное вызывает местное выгорание кремния, и в металле шва образуются зерна белого чугуна.

Сварка меди

Медь обладает высокой теплопроводностью, поэтому при ее сварке к месту расплавления металла приходится проводить большое количество тепла, чем при сварке стали.

Одним из свойств меди затрудняющим сварку, является ее повышенная текучесть в расплавленном состоянии. Поэтому при сварке меди не оставляют зазора между кромками. В качестве присадочного металла используют проволоку из чистой меди. Для раскисления меди и удаления шлака применяют флюсы.

Сварка латуни.

Газовую сварку широко используют для сварки латуни, которая труднее поддается сварке электрической дугой. Основное затруднение при сварке состоит в значительном испарении из латуни цинка, которое начинается при 900С. Если латунь перегреть, то вследствие испарения цинка, шов получится пористым. При газовой сварке может испаряется до 25% содержащегося в латуни цинка.

Для уменьшения испарения цинка сварку латуни ведут пламени с избытком кислорода до 30-40%. В качестве присадочного металла используют латунную проволоку. В качестве флюсов применяют прокаленную буру или газообразный флюс БМ-1

Сварка бронзы

Газовую сварку бронзы применяют при ремонте литых изделий из бронзы, наплавке работающих на трение поверхностей деталей слоем антифрикционных бронзовых сплавов и пр.

Сварочное пламя должно иметь восстановительный характер, так как при окислительном пламени увеличиваются выгорание из бронзы олова, кремния, алюминия. В качестве присадочного материала используют прутки или проволоку, близкие по составу к свариваемому металлу. Для раскисления в присадочную проволоку вводят до 0.4% кремния.

Для защиты металла от окисления и удаления окислов в шлаки применяют флюсы тех же составов, что и при сварке меди и латуни.

 

 

86.Особенности сварки различных металлов и сплавов.

Особенности сварки различных металлов и сплавов.

 

Под свариваемостью понимают способность металлов и сплавов образовывать соединение с теми же свойствами, что и свариваемые металлы, и не иметь дефектов в виде трещин пор, каверн и неметаллических включений.

При сварке почти всегда возникают остаточные сварочные напряжения (как правило, растягивающие в шве и сжимающие в основном металле). Для стабилизации свойств соединения необходимо снизить эти напряжения.

 

Сварка углеродистых сталей.

Электродуговая сварка углеродистых и легированных сталей ведется электродными материалами, обеспечивающими необходимые механические свойства. Основная трудность при этом заключается в закалке околошовной зоны и в образовании трещин. Для предупреждения образования трещин рекомендуется:

1) производить подогрев изделий до температур (100-300) 0С;

2) заменять однослойную сварку многослойной;

3) применять электроды с покрытием (сварку ведут на постоянном токе обратной полярности);

4) производить отпуск изделия после сварки до температуры 300 0С.

 

Сварка высокохромистых сталей.

Высокохромистые стали, содержащие (12-28) % Cr, обладают нержавеющими и жаропрочными свойствами. В зависимости от содержания хрома и углерода высокохромистые стали по структуре делятся на ферритовые, ферритно- мартенситные и мартенситные.

Трудности при сварке ферритовых сталей связаны с тем, что в процессе охлаждения в области 1000 0С возможно выпадение на границах зерен карбида хрома. Это снижает коррозионную стойкость стали. Для предотвращения указанных явлений необходимо:

1) применять пониженные значения тока с целью обеспечения больших скоростей охлаждения при сварки;

2) вводить в сталь сильные карбидообразователи (Ti,Cr, Zr, V);

3) производить отжиг после сварки при 900 0С для выравнивания содержания хрома в зернах и на границах.

Феррито-мартенситные и мартенситные стали рекомендуется сваривать с подогревом до (200-300) 0С.

 

Сварка чугуна.

Сварка чугуна производится с подогревом до (400-600) 0С. Сварку ведут чугунными электродами диаметром (8-25) мм. Хорошие результаты дает диффузионная сварка чугуна с чугуном и чугуна со сталью.

 

Сварка меди и ее сплавов.

На свариваемость меди негативное влияние оказывают примеси кислорода, водорода, свинца. Наиболее распространена газовая сварка. Перспективна дуговая сварка угольными и металлическими электродами.

 

Сварка алюминия.

Сварке препятствует оксидная пленка Al2O3. Только применение флюсов (NaCl, RCl, LiF) позволяет растворить оксид алюминия и обеспечить нормальное формирование сварного шва. Хорошо сваривается алюминий диффузионной сваркой.

 

 

87.Основные параметры режима ручной элктродуговой сварки.

Совокупность факторов которые влияют на качество получаемого шва и обеспечивают стабильное протекание процесса сварки называют параметрами режима сварки.

При выполнении сварки ручным дуговым способом выделяют следующие параметры режима сварки:

·диаметр электрода;

·сила сварочного тока;

·тип и марка электрода;

·напряжение на дуге;

·род тока и полярность;

·скорость сварки;

·расположение шва в пространстве;

·подогрев и термическая обработка;

·температура окружающей среды.

Последние три параметра относят к дополнительным, остальные являются основными для данного вида сварки.

Диаметр электрода

Какой диаметр электрода выбрать зависит от толщины свариваемого металла, положения в котором будет выполняться сварка, типа соединения, размера детали и химического состава металла.

Таблица 1. Соотношение толщины металла и необходимого диаметра электрода

Толщина металла, мм	1-2	3	4-5	6-8	9-12	13-15	16 и больше
Диаметр электрода, мм	1,5-2	3	3-4	4	4-5	5	6

Во время сварки во всех положениях кроме нижнего жидкий металл скапывает вниз. Поэтому для сварки в вертикальном, горизонтальном и потолочном положении независимо от толщины металла нельзя использовать электроды диаметром свыше 4 мм. Электроды толстого диаметра формируют большую каплю жидкого металла с которой сила поверхностного натяжения не справляется.

Для корня шва при многослойной сварке используют электроды диаметром 3-4 мм, следующие слои можно выполнять электродами большего диаметра.

Сила тока

Силу тока устанавливают после выбора электрода в зависимости от его диаметра. Для расчета силы сварочного тока при сварке в нижнем положении существует формула:

Iсв = dелK

где Iсв — сила тока, А; К — коэффициент пропорциональности (изменяет свое значение в зависимости от типа и диаметра электрода).

В целях избежания пропалов при сварке в нижнем положении металла толщиной менее 1,5 dел сварочный ток уменьшают на 10-15% от расчетного. Если толщина металла больше чем 3 dел ток устанавливают на 10-15% больше.

При сварке швов в вертикальном положении ток уменьшают на 10-15%, а в потолочном на 15-20% от выбранного для сварки в нижнем положении.

Если сварочные работы выполняются качественными, сертифицированными электродами следует установить силу тока в соответствии с рекомендованной на упаковке с электродами. Расчеты выше можно использовать при отсутствии рекомендаций от производителя как альтернативный метод.

Когда сила тока выбрана сварщик должен наложить несколько валиков на отдельной пластине металла. При этом оценивается ширина шва и глубина провара. В случае необходимости силу тока дополнительно регулируют.

Слишком маленькие режимы тока приводят к нестабильному горения сварочной дуги. В сварном соединении появляются непровары, а продуктивность труда снижается.

Повышенные значения силы тока сопровождаются его перегревом, высокой скоростю сгорания, непроварами, интенсивным разбрызгиванием металла и ухудшением внешнего вида шва.

Сбалансировано подобранная сила тока отличается умеренной скоростью плавления электрода, стойким горением дуги с незначительным разбрызгиванием металла.

 

88.Резка металлов и сплавов.

В наши дни очень сложно найти чистое железо – оно слишком дорогое и практически бесполезное. «Железные» крыши, дороги, гвозди, скамейки – все эти предметы состоят исключительно из сплавов. Железо в чистом виде это мягкий и податливый материал, а если железо разбавить некоторой долей углерода, то на выходе можно получить довольно крепкий и прочный металл. Если же долю углерода увеличить, то получится чугун.Эта же самая ситуация происходит с другими чистыми металлами – алюминием, медью, цинком. Сплавляя разные чистые металлы, можно получить довольно крепкие сплавы, которые имеют отличные свойства. Существует такое огромное количество сплавов, и для каждого из них нужно подбирать более удобный способ разрезания металлических листов.

Резка сплавов и металлов разделяется на следующие подвиды:

·Зависимая от среды резка – подводная, воздушная, обыкновенная;

·Автоматизированная резка (производимая вручную либо с помощью автоматизированного оборудования);

·По применению флюса – резка с использованием пайки, либо без неё;

 

Последняя классификация верна для резки газом – без флюса выполняется газовая резка, а кислородно-флюсовая резка требует использование флюса.