Класифікація електродів
Електроди для зварювання вуглецевих і низьколегованих конструкційних сталей
До групи електродів для зварювання вуглецевих і низьколегованих конструкційних сталей відносяться електроди, призначені для зварювання вуглецевих сталей, які містять до 0,25% вуглецю, і низьколегованих сталей з тимчасовим опором розриву до 590 МПа. Основними характеристиками електродів є механічні властивості металу шва і зварного з'єднання: тимчасовий опір розриву, відносне подовження, ударна в'язкість, кут вигину. За цими показниками електроди, згідно ГОСТ 9467-75, класифікуються на такі типи (в умовному позначенні типу електрода дві стоять за буквою "Е" (електрод) цифри відповідають мінімальному тимчасовому опору розриву металу шва або зварного з'єднання в кгс/мм^(2)): Э38, Е42, Э46 і Е50 ― для зварювання сталей з тимчасовим опором до 490 МПа; Э42А, Э46А і Э50А ― для зварювання тих же сталей, коли до металу шва пред'являються підвищені вимоги по відносному подовженню і ударної в'язкості; Э55 і Е60 ― для зварювання сталей з тимчасовим опором розриву понад 490 МПа і до 590 МПа. Зазначеним стандартом регламентується вміст сірки і фосфору в наплавленому металі.
Електроди для зварювання вуглецевих і низьколегованих сталей характеризуються також рівнем зварювально-технологічних властивостей, в т. ч. можливістю зварки у всіх просторових положеннях, родом зварювального струму, продуктивністю процесу, схильністю до утворення пір, а в деяких випадках вмістом водню в наплавленому металі і схильністю зварних з'єднань до утворення тріщин.
Перераховані характеристики, які необхідно враховувати при виборі конкретної марки електрода, значною мірою визначаються видом покриття. Покриття може бути кислим, рутиловим, основним, целюлозним і змішаним.
Електроди з кислим покриттям. Основу цього виду покриття складають оксиди заліза, марганцю і кремнію. Метал шва, виконаний електродами з кислим покриттям, має підвищену схильність до утворення гарячих тріщин. По механічних властивостях металу шва і зварного з'єднання електроди відносяться до типів Э38 і Е42.
Електроди з кислим покриттям не схильні до утворення пор при зварюванні металу, покритого окалиною або іржею, а також при подовженні дуги. Зварювання можна виконувати постійним і змінним струмом.
Електроди з рутиловим покриттям. Основу покриття таких електродів складають рутиловий концентрат (природний діоксид титану). Метал шва, виконаний електродами з рутиловим покриттям, відповідає спокійній або напівспокійної сталі. Стійкість металу шва проти утворення тріщин у електродів з рутиловим покриттям вище, ніж у електродів з кислим покриттям. По механічних властивостях металу шва і зварного з'єднання більшість марок рутилових електродів відноситься до електродів типу Е42 і Э46.
Рутилові електроди володіють цілим рядом переваг порівняно з іншими видами електродів, а саме забезпечують стабільне і могутнє горіння дуги при зварці змінним струмом, малі втрати металу на розбризкування, легку віддільність шлакової кірки, відмінне формування шва. Електроди мало чутливі до утворення пір при зміні довжини дуги, при зварюванні вологого і іржавого металу і по окисленій поверхні.
До електродів розглянутої групи також відносяться електроди з ильменитовым покриттям, що займають проміжне положення між електродами з кислим і рутиловим покриттям. До складу покриття цих електродів в якості основного компонента входять ільменітовий концентрат (природне з'єднання діоксидів титану і заліза).
Електроди з основним покриттям. Основу цього виду покриття складають карбонати і фтористі з'єднання. Метал, наплавлений електродами з основним покриттям, за хімічним складом відповідає спокійної сталі. Завдяки низькому вмісту газів, неметалевих включень і шкідливих домішок метал шва, виконаний цими електродами, відрізняється високими показниками пластичності і ударної в'язкості при нормальній і зниженій температурах, а також володіє підвищеною стійкістю проти утворення гарячих тріщин. По механічних властивостях металу шва і зварних з'єднань електроди з основним покриттям відносяться до електродів типу Э42А, Э46А, Э50А, Э55 і Е60. Разом з тим за технологічним характеристикам електроди з основним покриттям поступаються іншим видам електродів. Вони дуже чутливі до утворення пір при наявності окалини, іржі і масла на кромках зварюваних деталей, а також при зволоженні покриття і подовженні дуги. Зварка, як правило, проводиться постійним струмом зворотної полярності. Перед зварюванням електроди в обов'язковому порядку необхідно прожарювати при високих температурах (250-420°С).
Електроди з целюлозним покриттям. Покриття цього виду містить велику кількість (до 50%) органічних складових, як правило, целюлози. Метал, наплавлений целюлозними електродами, за хімічним складом відповідає напівспокійної або спокійної сталі. У той же час він містить підвищену кількість водню. По механічних властивостях металу шва і зварних з'єднань електроди з целюлозним покриттям відповідають електродів Е42, Э46 і Е50. Для целюлозних електродів характерне утворення рівномірного зворотного валика шва при односторонньому зварюванні на вазі, можливість зварювання вертикальних швів способом зверху вниз.
Всі описані вище електроди, призначені для зварювання вуглецевих і низьколегованих сталей, з будь-яким видом покриття повинні відповідати вимогам ГОСТ 9466-75 і ГОСТ 9467-75, а також вимогам технічних умов на електроди. У технічних умовах можуть міститися додаткові вимоги, які є необхідними для більш ефективного ведення процесу і одержання зварних з'єднань з особливими характеристиками і підвищеною експлуатаційною надійністю.
Електроди для зварювання легованих конструкційних сталей підвищеної і високої міцності
В групу ел ектродов для зварювання легованих конструкційних сталей підвищеної і високої міцності входять електроди, призначені для зварювання легованих сталей з тимчасовим опором розриву понад 590 МПа. Зварювання конструкцій з цих сталей проводять за двома технологічними варіантами: з подальшою після зварювання і термічної обробки зварних з'єднань, без подальшої термічної обробки.
При зварюванні по першому варіанту застосовують електроди, що забезпечують отримання равнопрочных зварних з'єднань. Головними характеристиками таких електродів є механічні властивості металу шва і зварних з'єднань, одержувані після відповідної термічної обробки: тимчасовий опір розриву, відносне подовження, ударна в'язкість.
За цими показниками ГОСТ 9467-75 стандартизовано п'ять типів електродів для зварювання конструкційних сталей підвищеної і високої міцності: Э70, Э85, Э100, Э125 і Э150. Хімічний склад наплавленого металу зазначеним стандартом не регламентується, за винятком сірки і фосфору, зміст яких не повинен перевищувати відповідно 0,030% і 0,035%. Разом з тим при виборі конкретної марки електрода хімічний склад металу необхідно брати до уваги, особливо при зварюванні конструкцій, що працюють в екстремальних умовах. Дані по хімічному складу наводяться в нормативній документації та в більш загальному вигляді в умовному позначенні електродів. Електроди для зварювання конструкційних сталей підвищеної і високої міцності мають покриття основного виду.
При зварюванні конструкцій із сталей цього класу (в термічно упрочненном стані) за другим варіантом, тобто без наступної термічної обробки після зварювання, особливо, коли равнопрочность зварних з'єднань не є обов'язковою умовою, використовують електроди, що забезпечують одержання металу шва з аустенітної структурою. Одержувані зварні з'єднання відрізняються високою стійкістю проти утворення тріщин, а метал шва — підвищеними пластичністю і в'язкістю. Зварювання такими електродами здійснюється з урахуванням особливостей, притаманних електродів, призначеним для зварювання високолегованих сталей. Електроди можна використовувати також при зварюванні різнорідних сталей.
Електроди для зварювання теплостійких сталей
До групи електродів для зварювання теплостійких сталей відносяться електроди, призначені для зварювання низьколегованих і легованих теплостійких сталей (теплоустойчивыми називають сталі, що працюють при підвищених температурах ― до 550-600°С). Основними характеристиками електродів є хімічний склад наплавленого металу і механічні властивості металу шва при нормальній температурі. При виборі електродів враховують також максимальну робочу температуру, при якій регламентовані показники тривалої міцності металу шва.
Згідно ГОСТ 9467-75 електроди для зварювання теплостійких сталей за показниками хімічного складу і механічних властивостей наплавленого металу і металу шва класифіковані на дев'ять типів: Е-09М, Е-09МХ, Э-09Х1М, Э-05Х2М, Е-09Х2М1, Э-09Х1МФ, Е-10Х1М1НФБ, Е-10ХЗМ1БФ, Е-10Х5МФ. Електроди можуть мати рутиловое і основне покриття.
Разом з тим, під час зварювання теплостійких сталей застосовуються електроди, не регламентовані ГОСТ 9467-75, основним призначенням яких є зварювання інших класів стали (наприклад, електроди марки АНЖР-1, призначені, головним чином, для зварювання різнорідних сталей).
Зварювання теплостійких сталей в більшості випадків виконують з попереднім підігрівом і подальшою термообробкою.
Електроди для зварювання високолегованих сталей і сплавів
Згідно з діючою класифікацією до высоколегированным сталей відносять сплави, вміст заліза в яких більше 45%, а сумарний вміст легуючих елементів не менше 10%, рахуючи по верхній межі при концентрації одного з елементів не менше 8% по нижній межі. До сплавів на нікелевій основі відносять сплави із вмістом не менш 55% нікелю. Проміжне положення займають сплави на железоникелевой основі.
У відповідності з ГОСТ 10052-75 електроди для зварювання високолегованих корозійностійких, жаростійких і жароміцних сталей і сплавів по хімічному складу наплавленого металу і механічних властивостях металу шва і наплавленого металу класифіковані на 49 типів (наприклад, електроди типу Е-07Х20Н9, Е-10Х20Н70Г2М2Б2В, Е-28Х24Н16Г6). Наплавлений метал значної частини електродів, регламентується технічними умовами підприємств — виготовлювачів.
Хімічний склад і структура наплавленого металу електродів для зварювання високолегованих сталей і сплавів відрізняються — і іноді досить істотно — від складу і структури зварюваних матеріалів. Основними показниками, які вирішують питання вибору таких електродів, є забезпечення: основних експлуатаційних характеристик зварних з'єднань (механічних властивостей, корозійної стійкості, жаростійкості, жароміцності), стійкості металу шва проти утворення тріщин, необхідного комплексу зварювально-технологічних властивостей.
Електроди для зварювання високолегованих сталей і сплавів мають покриття основного, рутилового та рутилово-основного видів. З-за низької теплопровідності і високої електроопору швидкість плавлення, а отже, і коефіцієнт наплавлення електродів зі стрижнями з високолегованих сталей і сплавів істотно вище, ніж у електродів для зварювання вуглецевих, низьколегованих і легованих сталей. Разом з тим підвищений електроопір металу електродного стрижня обумовлює необхідність застосування при зварюванні знижених значень струму і зменшення довжини самих стрижнів (електродів). В іншому випадку з-за надмірного нагрівання стрижня можливий перегрів покриття і зміна характеру його плавлення, аж до отваливания окремих шматків. Зварка, як правило, проводиться постійним струмом зворотної полярності.
Електроди для зварювання спеціалізованих сталей
В групу електродів для зварювання спеціалізованих сталей входять електроди, які за призначенням і сукупності характеристик не можуть бути віднесені до інших груп електродів. Це — електроди, призначені для зварювання легованих і високолегованих холодостійких сталей, высокомарганцовистых сталей типу 110Г13Л і т. п. Більшість електродів цієї групи застосовують також для зварювання різнорідних сталей.
Електроди для зварювання різнорідних сталей і сплавів
До групи електродів для зварювання різнорідних сталей і сплавів відносяться електроди, що забезпечують отримання необхідних експлуатаційних характеристик зварних з'єднань при зварюванні різнорідних сталей і сплавів на железоникелевой і нікелевій основах.
Різнорідними сталями і сплавами є матеріали, що різко відрізняються системою легування, фізико-механічними властивостями і зварюваність. За ознакою "різнорідності" стали умовно можна розділити на наступні групи: вуглецеві і низьколеговані, леговані підвищеної і високої міцності, теплоустойчивые, високолеговані.
Зварювання різнорідних сталей і сплавів може істотно відрізнятися від зварювання однорідних матеріалів. Це обумовлено зростаючою ймовірністю: появи тріщин в металі шва, виникненням у зоні сплавлення ділянок зі структурною неоднорідністю, що приводить до зміни міцнісних і пластичних характеристик, надмірним зростанням залишкових напружень в зварних з'єднаннях з-за значної різниці в коефіцієнтах лінійного розширення зварюваних матеріалів.
Більшість електродів, що використовуються при зварюванні різнорідних сталей і сплавів, відноситься до електродів, призначеним для зварювання високолегованих сталей і легованих сталей підвищеної і високої міцності, забезпечують одержання металу шва з аустенітної структурою.
В групу електродів для наплавлення входять електроди, призначені для ручного дугового наплавлення поверхневих шарів з особливими властивостями (крім електродів для наплавлення шарів з кольорових металів). Електроди виготовляють і постачають у відповідності з вимогами ГОСТ 9466-75 і ГОСТ 10051-75. Для наплавочних робіт у деяких випадках також використовують зварювальні електроди, наприклад, електроди, призначені для зварювання високолегованих корозійностійких, жаростійких і жароміцних сталей.
Згідно ГОСТ 10051-75 електроди для наплавлення поверхневих шарів по хімічному складу наплавленого металу і твердості при нормальній температурі класифіковані на 44 типу (наприклад, електроди типу Е-16Г2ХМ, Е-110Х14В13Ф2, Е-13Х16Н8М5С5Г46). Наплавлений метал багатьох електродів регламентується технічними умовами підприємств-виготовлювачів.
Залежно від прийнятої системи легування і умов роботи одержуваного наплавленого металу електроди для наплавлення можуть бути умовно розділені на такі 6 груп:
1-я група.
Електроди, що забезпечують отримання низьковуглецевого низьколегованого наплавленого металу з високою стійкістю в умовах тертя металу об метал і ударних навантажень (за призначенням до цієї групи відносяться деякі марки електродів 3-ої групи).
2-я група.
Електроди, що забезпечують отримання середньовуглецевого низьколегованого наплавленого металу з високою стійкістю в умовах тертя металу об метал і ударних навантажень при нормальній і підвищеній температурах (до 600-650°С).
3-я група.
Електроди, що забезпечують отримання вуглецевого, легованого (або высоколегированного) наплавленого металу з високою стійкістю в умовах абразивного зношування і ударних навантажень
4-я група.
Електроди, що забезпечують отримання вуглецевого высоколегированного наплавленого металу з високою стійкістю в умовах великих тисків і високих температур (до 650-850°С).
5-я група.
Електроди, що забезпечують отримання высоколегированного аустенітного наплавленого металу з високою стійкістю в умовах коррозионноэрозионного зношування і тертя металу об метал при підвищених температурах (до 570-600°С).
6-я група.
Електроди, що забезпечують отримання дисперсноупрочняемого высоколегированного наплавленого металу з високою стійкістю до важких температурно-деформаційних умовах (до 950-1100°С).
Необхідно відзначити, що виробництво наплавочних робіт вимагає застосування спеціальної технології, яка, в залежності від хімічного складу і стану основного і наплавленого металів — може включати обов'язкове виконання таких операцій, як попередній і супутній підігрів, термічну обробку для отримання заданих експлуатаційних властивостей наплавлюваного поверхні.
Електроди для зварювання і наплавлення чавуну
До групи електродів для зварювання і наплавлення чавуну відносяться електроди, призначені для усунення з допомогою холодного зварювання і наплавлення дефектів чавунних відливках, а також електроди, що використовуються при ремонті вийшов з ладу обладнання і відновлення зношених деталей. У ряді випадків електроди можуть бути застосовані при виготовленні сварно-литих конструкцій.
Електроди для холодної зварювання і наплавлення чавуну не стандартизовані і їх виробляють за окремими технічними умовами. Вони дозволяють отримувати наплавлений метал (метал шва) з заданими властивостями у вигляді сталі, сплавів на основі міді, нікелю, залізонікелевого сплаву.
Для холодної зварювання і наплавлення чавуну (тобто зварювання і наплавлення, виконуваних без попереднього підігріву) характерно проведення процесу з мінімальним тепловложением короткими валиками протяжністю 25-60 мм з охолодженням кожного накладеного валика на повітрі до температури не більше 60°С. Іноді рекомендується проковування кожного валика легким ударом молотка.
Електроди для зварювання кольорових металів
До групи електродів для зварювання кольорових металів відносяться електроди, призначені для зварювання алюмінію, міді, нікелю та їх сплавів. Електроди для зварювання кольорових металів не стандартизовані і їх виробляють за окремими технічними умовами. Виняток становлять высоконикелевые електроди, які застосовують для зварки сплавів на железоникелевой і нікелевій основах і високолегованих сталей, внаслідок чого вони входять в ГОСТ 10052-75.
Зварювання кольорових металів може істотно відрізнятися від зварювання сталі, що обумовлено різким розходженням їх фізико-хімічних властивостей. Головними чинниками, визначальними зварюваність кольорових металів, є температури плавлення і кипіння, теплопровідність, спорідненість до містяться в повітрі газів (кисню, азоту, парам води).
В залежності від типу металу, що зварюється електроди можуть бути розділені на наступні 3 групи:
- Електроди для зварювання алюмінію і його сплавів
Алюміній та алюмінієві сплави мають малу щільність, високою тепло - і електропровідністю, підвищеною корозійною стійкістю.
Особливістю алюмінію і його сплавів є легка окислюваність. Це призводить до того, що на їх поверхні практично завжди присутня щільна тугоплавка плівка оксиду алюмінію. Ця плівка може утворюватися і на поверхні зварювальної ванни, що порушує стабільність процесу зварювання, перешкоджає формуванню шва, що призводить до появи непроваров і неметалічних включень. Для отримання якісних зварних з'єднань необхідно приймати спеціальні заходи, спрямовані на видалення оксидної плівки. При ручний дугового зварюванні це досягається шляхом введення в склад електродного покриття хлористих і фтористих солей лужних і лужноземельних металів. У розплавленому стані ці матеріали створюють необхідні умови для видалення плівки і стійкого горіння дуги.
- Електроди для зварювання міді і її сплавів
Мідь володіє високою тепло - і електропровідністю, підвищеної жидкотекучестью розплавленого металу. Для неї характерна активність при взаємодії з газами, особливо з киснем і воднем, що може з'явитися причиною утворення пір в металі шва і мікротріщин. Для запобігання появи таких дефектів в зварних з'єднаннях слід застосовувати тільки добре раскисленную мідь. Зварювання слід виконувати ретельно просмаженими електродами, зварювані елементи в місцях накладання швів повинні бути добре зачищені до металевого блиску з видаленням оксидів, забруднень, жирів та ін.
Зварювання латуней і бронз виникають додаткові труднощі. Зварювання латуні ускладнюється інтенсивним випаровуванням цинку, зварювання бронз — високою крихкістю і малою міцністю в нагрітому стані.
- Електроди для зварювання нікелю та його сплавів
Нікель і особливо його сплави є міцними і в'язкими матеріалами. Вони, в залежності від складу, мають високу корозійну стійкість, жаростійкість і жароміцність.
Зварювання нікелю та його сплавів утруднена внаслідок великої чутливості до домішок і, в першу чергу, до розчиненим газів (кисню, водню і особливо азоту) і високу схильність до утворення гарячих тріщин. Для попередження можливого утворення пір і тріщин необхідно застосовувати основний метал і зварювальні електроди високої чистоти, здійснювати їх якісну підготовку до зварювання.
В цілому по технології і техніці ручного дугового зварювання нікель і його сплави близькі до высоколегированным корозійно-стійких сталей.
Електроди для різання сталей, чавунів, міді, алюмінію та їх сплавів
В групу електродів для різання металів входять електроди, призначені для дугового різання плавким електродом всіх марок сталей (включаючи високолеговані), чавунів і кольорових металів.
Різання виконують з використанням звичайного обладнання, призначеного для ручного дугового зварювання змінним або постійним струмом.
