Технологія вибору електродів

ЗМІСТ

ВСТУП

1.МАРКУВАННЯ ТА ТИПОЛОГІЯ ЕЛЕКТРОДІВ

2. ВИДИ СТАЛІ

3. РЕЖИМИ ЗВАРЮВАННЯ РІЗНИХ МАРОК СТАЛІ

ВИСНОВКИ

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

ВСТУП

Зварка - технологічний процес здобуття нероз'ємних з'єднань матеріалів за допомогою встановлення міжатомних зв'язків між зварюваними частинами при їх місцевій або пластичній деформації, або спільною дією того і іншого. Зваркою сполучають однорідні і різнорідні метали і їх сплави, метали з деякими неметалічними матеріалами (керамікою, графітом, склом і ін.), а також пластмаси.

Зварка - економічно вигідний, високопродуктивний і в значній мірі механізований технологічний процес, широко вживаний практично у всіх галузях машинобудування.

Залежно від форми енергії, використовуваної для утворення зварного з'єднання, всі види зварки розділяють на три класи: термічний, термомеханічний і механічний.

Зварюваність - властивість металу або поєднання металів утворювати при встановленій технології зварки з'єднання, що відповідає вимогам, обумовленим конструкцією і експлуатацією виробу.

1. МАРКУВАННЯ ТА ТИПОЛОГІЯ ЕЛЕКТРОДІВ

Не дивлячись на активний розвиток передових технологій і їх впровадження у виробничі процеси, ручна зварка електродуги була і залишається одним з найбільш поширених способів здобуття надійних з'єднань між металевими деталями і окремими елементами металевих конструкцій. Основними елементами, які визначають якість зварювального шва, є електроди, вибору яких слід приділяти особливу увагу.

Традиційний штучний електрод - це тонкий металевий стержень, на поверхню якого нанесений шар спеціальної обмазки, яка забезпечує зону зварювального шва необхідним захистом від зовнішніх чинників, а також наповнює його елементами, значно поліпшуючими його характеристики. Процес зварки, в якому беруть участь електроди, носить металургійний характер, при його проходженні відбувається взаємодія між металами деталей, що сполучаються, і електроду, шлаками і газами. Від того, наскільки правильно підібрані електроди, повною мірою залежить стійкість цього процесу, а також якість результату, до якого вони приведуть.

Основними вимогами, що пред'являються в зв'язку з цим до електродів, є:

- Легкість і висока швидкість утворення електричної дуги;

- Забезпечення стійкого горіння зварювальної дуги;

- Рівномірність утворення шлакового шару на поверхні розплавленого металу;

- Можливість швидкого і легкого видалення шлакового шару з поверхні застиглого зварювального шва;

- Забезпечення здобуття зварювального шва високої якості: відсутність раковин, пір, тріщин, непроварів і інших зовнішніх і внутрішніх дефектів.

Звичайно, на якість отримуваного зварювального шва впливає безліч чинників, але електроди все ж грають вирішальне значення.

При виборі електродів в першу чергу керуються складом металу, з якого вони виготовлені, а також їх діаметром, вибираним залежно від товщини деталей, що сполучаються.

Основними характеристиками електродів, окрім вищеназваних, є наступні параметри:

- Величина тимчасового опору розриву;

- Відносне подовження, яким володіє матеріал електроду;

- Величина ударної в'язкості;

- Кут вигину.

Основний з цих параметрів, якому відповідають електроди, можна визначити по їх марці. Перші дві цифри в позначенні електроду, наступні за буквою «Е», позначають мінімальний тимчасовий опір на розрив (у кгс/кв.мм.), якому відповідатиме метал отриманого шва.

Вибір електродів для виконання зварювальних робіт і основні типи покриттів, які для них використовуються.

Одним з основних показників, якому відповідають зварювальні електроди, є тип покриття або обмазки, яка на них нанесена. Існує декілька основних типів покриттів, які використовуються для виробництва електродів:

- Окислені покриття, що позначаються буквою «А»;

- Рутилові покриття - «Р»;

- Основні покриття - «Б»;

- Целюлозні покриття - «Ц»;

- Змішані - «П».

Зварювальні електроди, окрім типу покриття, класифікують, також по наступних параметрах:

- Тип матеріалу, з якого виготовлені електроди;

- Тип сталі, для зварки якої вони призначені;

- Товщина шаруючого покриття, нанесеного на електроди;

- Характер шлаку, який утворюється в процесі зварки і розплавленні покриття;

- Характеристики металу шва, що формується при зварці;

- Яким може бути просторове положення швів, для здобуття яких використовуються електроди;

- Тип електричного струму: його рід і полярність, який може використовуватися для зварки.

Вибираючи електроди для зварки різних марок сталі, поважно забезпечити сполучуваність складу їх металевого сердечника з матеріалом зварюваних деталей або елементів різних конструкцій. Для того, щоб полегшити такий вибір, електроди випускають і класифікують по наступними основним типам:

- Для зварки вуглецевих і низковуглецевих конструкційних сталей - «У»;

- Для зварки легованих конструкційних сталей - «Л»;

- Для зварки легованих теплостійких сталей - «Т»;

- Для зварки високолегованих сталей, що володіють особливими властивостями, - «В».

Якщо уміти знатися на інформації, яка наноситься на упаковку, в яку поміщені електроди, то можна скласти досить повне уявлення про їх характеристики. Як правило, позначення на етикетці електродів містить наступні характеристики:

- Товарний знак або найменування підприємства - виготівника;

- Прийняте за стандартом умовне позначення;

- Дата виготовлення і номер партії;

- Основні сфери застосування;

- Режими струму, при яких повинна виконуватися зварка в різних просторових положеннях;

- Особливі умови виконання зварки, якщо вони є;

- Властивості, якими володітиме отриманий зварювальний шов;

- Вміст вологи в покритті - допустиме значення;

- Режим прожарення, якому слід піддавати електроди перед їх використанням;

- Маса електродів, що містяться в упаковці.

Області використання електродів з різними складами покриттів.

Довжина електроду в залежності від діаметру

Залежно від того, в якому просторовому положенні виконується зварка, електроди підрозділяються:

для зварки у всіх положеннях з умовним позначенням - 1;

для зварки у всіх положеннях, окрім вертикального зверху вниз, - 2;

для положень нижнього, горизонтального на вертикальній площині і вертикального від низу до верху -3;

для нижнього і нижнього «в човник» - 4.

Електроди підрозділяються по роду і полярності струму, а також по номінальній напрузі холостого ходу джерела живлення зварювальної дуги змінного струму.

Підрозділ електродів по типах виконаний в ГОСТ 9467-75, 10051-75 і 10052-75. По ГОСТ 9467-75 передбачено 9 типів електродів для зварки вуглецевих і низьколегованих сталей (Е38, Е42, Е42А, Е46, Е46А, 350, Е50А, Е55 і Е60), 5 типів електродів для зварки легованих сталей підвищеної і високої міцності (Е70, Е85, Е100, Е125 і Е150) і 9 типів електродів для зварки легованих теплостійких сталей (Е-09М, Е-09МХ, Е-09Х1М, Е-05Х2М, Е-09Х2М1, Е-09Х1МФ, Е-10Х1М1НФБ, Е-10Х3М1БФ, Е-10Х5МФ). Позначають електроди для зварки вуглецевих і легованих сталей по ГОСТ 9466-75. Наприклад, електроди типу Е46А по ГОСТ 9467-75 марки УОНІ-13/45 діаметром 3,0 мм для зварки вуглецевих і низьколегованих сталей позначаються так:

де Э - електрод для дугової зварки; 46 - мінімальний тимчасовий опір розриву, що гарантується, обумовлене ГОСТ 9467-75; А - покращуваний тип електродів; буква В означає, що електроди призначені для зварки вуглецевих і низьколегованих конструкційних сталей з тимчасовим опором розриву до 60 кгс/мм2 (600 МПа); Д - товщина покриття; 2 - друга група. У знаменнику цифри 43 2 (5) вказують характеристики наплавленого металу і металу шва; буква Б позначає основний тип покриття; 1 - просторове положення, в якому може виконуватися зварка, про постійний струм зворотної полярності. Для електродів, вживаних для зварки вуглецевих і низьколегованих сталей з тимчасовим опором розриву до 60 кгс/мм2 (600 МПа), після букви Е тире не ставиться.

Для зварки високолегованих сталей з особливими властивостями електроди згідно ГОСТ 10052-75 класифікуються по хімічному складу наплавленого металу і його механічним властивостям. ГОСТ 10052-75 передбачає 49 типів електродів. Позначення типів електродів складаються з індексу Э і наступних за ним цифр і букв. Дві цифри, що стоять після індексу, вказують середній вміст вуглецю в наплавленому металі в сотих долях відсотка. Хімічні елементи, що містяться в наплавленому металі, позначені наступними буквами: А- азот, Б - ніобій, В - вольфрам, Г - марганець, Д - мідь, М - молібден, Н - нікель, З - кремній, Т - титан, Ф - ванадій, X - хром. Цифри, наступні за буквеними позначеннями хімічних елементів, вказують середній вміст елементу у відсотках. Після буквеного позначення елементів, середній вміст яких в наплавленому металі складає менше 1,5% цифри не проставляються.

Покриття, яке нанесене на електроди, багато в чому визначає властивості зварювального шва, а також забезпечує найбільш оптимальні умови для здобуття якісного з'єднання. Вибору покриття в зв'язку з цим слід приділяти особливу увагу і здійснювати його залежно від характеристик зварювального шва, які потрібно отримати, а також від особливостей виконання зварювальних робіт.

Руднокислі покриття є досить універсальними, з їх допомогою можна отримувати зварювальні шви різного просторового положення, використовуючи для цього як постійний, так і змінний струм. Як правило, електроди з руднокислим покриттям використовують при роботі з низковуглецевими і низьколегованими сталями.

Рутилові покриття використовують в тих випадках, коли потрібне здобуття відповідальніших з'єднань деталей або елементів конструкцій, виготовлених з низковуглецевих і низьколегованих сталей.

Для зварки конструкцій з вуглецевих і легованих сталей, до яких пред'являються особливі вимоги за якістю, використовують покриття, виготовлені на фтористо-кальцієвій основі.

Найбільш універсальними по роду зварювального струму, а також некапризними по відношенню до якості поверхні зварюваних елементів і просторового розташування зварювальних швів є електроди з органічними покриттями. Такі покриття можна використовувати для зварки в найсприятливіших умовах: при проведенні монтажних робіт в польових умовах, на будівництвах, а також в багатьох інших випадках, коли немає можливості забезпечити процес здобуття зварного з'єднання найбільш сприятливими умовами.

Кваліфіковано вибираючи того або іншого типу покриття електродів можна забезпечити не лише високу якість отримуваного зварювального шва, але і швидкість його формування, що безпосередньо впливає на такий важливий параметр, якою є продуктивність зварювальних робіт.

Марки електродів для зварювання корозійностійких марок та сплавів

2. ВИДИ СТАЛІ

Сталь по хімічному складу ділиться на дві групи: вуглецеву і леговану, за якістю - на сталь звичайної якості, якісну, підвищеної якості, високоякісну і особливо високоякісну.

Вуглецевою сталлю називається сплав заліза з вуглецем (вміст вуглецю до 2%) з домішками кремнію, сірки і фосфору, причому головною складовою, що визначає властивості, є вуглець.

Процентний вміст елементів в сталі приблизно наступний: Fe - до 99,0; З - 0,05-2,0; Si - 0,15-0,35; Mn - 0,3-0,8; S - до 0,06; P - до 0,07.

До недоліків вуглецевої сталі відносяться:

відсутність поєднання міцності і твердості з пластичністю;

втрата твердості і ріжучої здатності при нагріванні до 200°C і втрати міцності при високій температурі;

низька корозійна стійкість в середовищі електроліту, в агресивних середовищах, в атмосфері і при високих температурах;

низькі електротехнічні властивості;

високий коефіцієнт теплового розширення;

збільшення ваги виробів, дорожчання їх вартості, ускладнення проектування унаслідок невисокої міцності цієї сталі.

Легованою називається сталь, в якій разом із звичайними домішками є леговані елементи, різко поліпшуючі її властивості: хром, вольфрам, нікель, ванадій, молібден і ін., а також кремній і марганець у великій кількості. Домішки вводяться в процесі плавки.

По хімічному складу (ГОСТ 5200) легована сталь ділиться на три групи:

низьколегована сталь - не більше 2,5% домішок;

середньолегована - 2,5-10%;

високолегована - понад 10%.

Легована сталь володіє коштовними властивостями, яких немає у вуглецевої сталі, і не має її недоліків. Вживання легованої сталі підвищує довговічність виробів, економить метал, збільшує продуктивність, спрощує проектування і тому в прогресивній техніці набуває вирішального значення.

3. РЕЖИМИ ЗВАРЮВАННЯ РІЗНИХ МАРОК СТАЛІ

Сталь вуглецева. Зварку конструкцій з низьковуглецевої киплячої і напівспокійної сталі слід виконувати електродами Е42 або Е46 марок МР-3, ОЗС-4, АНО-4 і ін. Для зварки конструкцій із спокійної сталі рекомендують електроди Е42А і Е46А марок СМ-11, УОНІЇ-13/45 або ним аналогічні. Конструкції, що працюють в умовах динамічних або вібраційних навантажень (транспортні естакади, галереї, підкранові балки, пролітні будови і ін., фасонки кроквяних ферм), і конструкції, експлуатовані при температурі мінус 40 °С і нижче, також повинні зварюватися електродами Е42А або Е46А. Ці ж електроди повинні застосовуватися при зварці судин і високого для трубопроводів тиску, листових об'ємних конструкцій з елементами завтовшки 20 мм і більш. При зварці товстої сталі (стиковими і кутовими багатошаровими швами) рекомендується попереднє підігрівання до 120-150 °С перед накладенням кореневих і перших шарів кутових швів для попередження утворення кристалізаційних тріщин, оскільки підігрівання уповільнює охолоджування металу і перешкоджає утворенню гартівних структур.

Сталь легована. Ці сталі не гартуються і не схильні до перегріву, який спричиняє за собою зростання зерна і зниження пластичних властивостей. Проте із збільшенням вмісту вуглецю в цихсталях їх властивості міняються. Так, стали 15ХСНД і 14Г2 з вмістом вуглецю 0,18 % мають схильність до утворення гартівних структур і перегріву в зоні термічного впливу. Тому для зварки цих сталей слід підбирати оптимальний режим, не допускаючи утворення гартівних структур і перегріву. Зварку ведуть електродами діаметром 4-5 мм в декілька шарів, а при товщині стали більше 15 мм застосовують спосіб зварки «каскадом» або «блоками», при цьому не дуже розігрівають метал, аби не перегріти зону впливу. Для сталі 15ХСНД і 10ХСНД застосовують електроди Е50А або Е55, які перед зваркою прожарюють. Для зварки сталей09Г2С, 10Г2С1, 14Г2 з вмістом З = 18 % застосовують електроди Е42Аї Е50А. Зварка сталі з межею текучості більше 390 МПа (16Г2АФ) вимагає особливої уваги. Ця сталь унаслідок підвищеного вмісту вуглецю схильна до утворення кристалізаційних тріщин, проте менш схильна до перегріву біляшовної зони. Зварку її слід виконувати електродами Е60, Е55 або Е50А. Електроди Е60 марки ВСФ-65У придатні для зварки у всіх положеннях на постійному струмі зворотної полярності. Для зварки цих сталей можна застосовувати електроди УОНІЇ-13/55, СЬк2-50 і ПСЬК-50. Сталь, що готується до зварки, треба особливо ретельно очищати; зварювані кромки і прилеглі до них поверхні металу шириною не менше 20 мм мають бути очищені від іржі, окалини, жирів, фарби, грязі, волога і тому подібне. Крім того, місця приварювання складальних пристосувань слід зрізати і ретельно зачищати абразивним інструментом у рівень з основним металом. При товщині сталі більше 25 мм застосовують попереднє місцеве підігрівання перед зваркою каскаду, блоку або секції, а ткаже підігрівши місця приварювання пристосувань до температури 120-160°С незалежно від температури довколишнього повітря. При температурі повітря мінус 15 °С і нижче застосовують попереднє місцеве підігрівання незалежно від товщини сталі.

Низьколеговані теплостійкі сталі володіють тривалою механічною міцністю при високій температурі. Їх застосовують в машинобудуванні при виготовленні парових енергетичних установок. При зварці цих сталей можуть утворюватися тріщини в зоні термічного впливу, особливо при товщині сталі більш за 6-7 мм або підвищеному вмісті вуглецю і хрому. Сталі 15ХМА і 12Х1МФ товщиною до 6 мм можна зварювати без підігрівання; сталі 20ХМА, 20ХМФЛ, 12Х2МФ, 12Х2М1Л і ін. з підвищеним вмістом З або Сг потребують попереднього і супутнього підігрівання до температури 150- 200 °С при будь-якій товщині зварюваних елементів. Необхідно також регулювати режим зварки, добиваючись сповільненої швидкості охолоджування від 1 до 25°С/с залежно від марки сталі. Такий усереднений тепловий режим при зварці цих сталей необхідний по двох причинах: аби уникнути появи гартівних структур; аби уникнути перегріву зони термічного впливу, що наводить до зростання зерна і погіршення механічних властивостей, що досягається помірним тепловкладенням. Для зварки теплостійких низьколегованих сталей передбачено 9 типів електродів. Наприклад, для зварки сталі 15ХМА - електроди марки Е09МХ, для зварки сталі 12Х1МФ - електроди марки Е09Х1МФ. Конструкції завтовшки більш 6 мм, а також конструктивні концентратори напруги, що мають, після зварки піддають високій відпустці. В даний час встановлено, що істотною причиною появи тріщин в зварному з'єднанні є розчинений в сталі водень, який потрапляє в шов з покриття електродів, іржі, волога і тому подібне і проникає (шляхом дифузії) в зону впливу. Для боротьби з воднем застосовують наступні засоби: збільшують температуру прожарення електродів; проводять низькотемпературну термообробку, яка полягає в стриманні зварної конструкції при температурі 150-200°С протягом 8-10 ч для видалення водню. Четвертим важливим технічним заходом, що забезпечує якість конструкції, є висока відпустка при температурі 650-750 °С, вживаний майже для всіх марок сталей. Зварка теплостійких низьколегованих сталей неплавким електродом в середовищі аргону дає надійніші результати, оскільки забезпечує кращий захист металу від Н2.

Низьколеговані високоміцні сталі марок 14Х2ГМ, 14Х2ГМРБ та інші зварюють за технологією, близькою за технологією зварки стали 16Г2АФ, з деяким посилюванням вимог до підготовки, збірки і техніки зварки. Що підлягають зварці кромки деталей і прилеглий до них метал на відстані не менше 20 мм від кордону шва мають бути ретельно очищені від грязі, окалини, іржі, масла, вологи і інших забруднень. Зроблені в деталях вирізи газовим різанням, надрізи, подряпини, складки на кромках і поглиблення від ударної маркіровки мають бути зачищені шліфувальним кругом на глибину 0,2-0,3 мм. Підготовка кромок, збірка з'єднань під зварку повинні точно відповідати розмірам, передбаченим ГОСТ 5264-80 і ГОСТ 14771-76.

Для зварки використовують електроди Е70 марки АНП-2 з основним покриттям. Зварку ведуть постійним струмом зворотної полярності. При температурі довколишнього повітря нижче 0°Сі товщині стали до 30 мм застосовують попереднє підігрівання кромок до 100-120°, а при товщині більше 30 мм-до температури 130-150°C. При позитивній температурі і товщині стали 20 мм і більш застосовують попереднє підігрівання до 60-100 °С, а при товщині 40 мм і больше-100-150°С. Стики слід зварювати без перерв, не допускаючи перегріву зварного з'єднання між окремими проходами вище 200-230°С. Для контролю температури застосовують термопари, термоелектричні пірометри або олівці термоіндикаторів. Рекомендується безпосередньо після зварки продовжувати підігрівання до вказаних вище температур, а потім закривати шов азбестовою тканиною для уповільнення охолодження.

Зварка легованих сталей середньої (<7в=900- 1300 МПа) і високої (<тв = 1500-2000 МПа) міцності затруднена унаслідок схильності цих сталей до утворення гартівних структур. Для забезпечення необхідної якості зварних з'єднань дотримуються наступної технології:

у деталях з високоміцної легованої сталі мають бути конструктивно передбачені плавні переходи при примиканні елементів і зміні перетинів, плавні закруглення кутових з'єднань і інші конструктивні форми, що усувають концентрацію напруги;

збірку елементів, як правило, рекомендується виробляти в складальних пристосуваннях, що забезпечують вільну усадку швів і збереження при цьому розмірів конструкцій;

зварні шви виконують двома способами:

з попереднім і супутнім підігріванням, якщо до зварного з'єднання пред'являються вимоги міцності, рівній або близькій міцності основного металу. Листові конструкції завтовшки 3 мм і менш зварюють без підігрівання, при більшій товщині призначають підігрівання. Для сталей марок ЗОХГСА, 25ХГСА і ін. температура підігрівання 200-300 °С. Зварку ведуть покритими електродами, що містять в металі стержнів знижений відсоток вуглецю і що забезпечують високі механічні властивості шва за рахунок його легування. Електроди застосовують з покриттям основного типа;

без попереднього і супутнього підігрівання, якщо до зварного з'єднання не пред'являються вимоги міцності, близької до міцності основного металу. В цьому випадку зварку швів виконують електродами, що забезпечують здобуття аустенітного металу шва з <7в = 500-600 МПа. Застосовують електроди марки НІАТ-5 (типа Е-11Х15Н25М6АГ2) і ін. В цьому випадку подальшу термообробку не виробляють.

ВИСНОВКИ

Режимом зварки називають основні показники, що визначають процес зварки, які встановлюються на основі вихідних даних і повинні виконуватися для здобуття зварного з'єднання необхідної якості, розмірів і форми, встановлених проектом. До цих показників при ручній дуговій зварці відносяться: марка електроду, його діаметр, сила і рід зварювального струму, полярність при постійному струмі, число шарів в шві.

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

1. Верховенко Л.В., Тукин А.К. Справочник сварщика. – Минск: Вышэйшая школа, 1991 г.

2. Сам себе сварщик. – Ростов-на-Дону: „Издательский Дом «Проф-Пресс», 2004 г.

3. Демидов Н.В. Сварочные работы. – Ростов-на-Дону: «Феникс», 2000 г.

4. Лупачёв В.Г. Сварочные работы. – Минск: Вышэйшая школа, 1997 г.

5. М.В. Ханапетов. Сварка и резка металлов. – Москва: «Стройиздат», 1987 г.

6. В.Г. Геворкян. Основы сварочного дела. – Москва: «Высшая школа» 1985 г.

7. Зварювальне устаткування. Каталог-довідник, ч. 1—3. - К., 1992

8. Бельфор М.Г., Патон В.Е., Устаткування для дугового і жужільного зварювання і наплавлення, М., 1984;

9. Гитлевич А.Д., Етингоф Л.А., Механізація й автоматизація зварювального виробництва, М., 1982;

10. Севбо П.І. Комплексна механізація й автоматизація зварювального виробництва. - К., 1984;

11. Чвертко А.І., Тимченко В.А., Установки і верстати для електродугового зварювання і наплавлення. - К., 1999.