Сварочные электроды и прочие сварочные материалы

В качестве сварочных материалов для электродуговой сварки применяются штучные электроды, сварочная и порошковая проволока.

Штучные электроды

Электроды для дуговой сварки бывают двух основных типов: плавящиеся и неплавящиеся.

Плавящиеся электроды. Штучные плавящиеся электроды с покрытием используются очень широко, для сварочных работ в домашних условия - это основной материал.

Плавящийся электрод для сварки: 1 - стержень, 2 - участок перехода, 3 - марка электрода, 4 - покрытие.

Стержни электродов для сварки стали изготавливаются из низкоуглеродистой, легированной или высоколегированной сварочной проволоки. Стандартом предусматривается 77 марок стальной проволоки, идущей на изготовление штучных электродов диаметром от 1,6 до 6 мм.

Покрытие сварочных электродов оказывает множественное действие: образует атмосферу защищающую металл от кислорода и азота, находящихся в воздухе, стабилизирует горение дуги, удаляет вредные примеси из расплавленного металла, легирует его с целью улучшения свойств. Для выполнения всех этих функций покрытие включает в себя множество компонентов:

• Шлакообразующие вещества, защищающие металл от азота и кислорода. В их состав входит марганцевая руда, каолин, титановый концентрат, мел, мрамор, полевой шпат, доломит, кварцевый песок.
• Раскисляющие вещества, удаляющие из расплавленного металла кислород. В качестве них используются марганец, кремний, алюминий, титан в виде ферросплавов.
• Газообразующие компоненты, создающие при сгорании покрытия газовую среду, защищающую расплавленный металл от кислорода и азота воздуха. В основном это декстрин и древесная мука.
• Легирующие вещества, придающие металлу шва особые свойства - прочность, жаростойкость, износостойкость, повышение сопротивляемости коррозии. Для этого используются хром, марганец, титан, молибден, никель, ванадий и некоторые другие вещества.
• Стабилизирующие элементы, способствующие ионизации сварочной дуги - натрий, калий, кальций.
• Связующие вещества, служащие для связывания компонентов покрытия друг с другом и всего покрытия со стержнем электрода. Основным связующим веществом является калиевое или натриевое жидкое стекло (силикатный клей).

Для сварки цветных металлов и их сплавов наряду с неплавящимися применяют плавящиеся электроды из соответствующих металлов и сплавов - алюминия, меди, никеля, бронзы, латуни и т.п.

Сварочные электроды

Классификация и обозначение электродов. Электроды, применяемые для сварки и наплавки, классифицируются по широкому ряду признаков:

• по назначению (для сварки стали, чугуна, цветных металлов, для наплавочных работ и пр.);
• по технологическим особенностям (для швов различного пространственного положения, для сварки с глубоким проплавлением и т.п.);
• по виду покрытия (кислое, рутиловое, основное и пр.) и его толщине (толстое, тонкое, среднее, особо толстое);
• по химическому составу покрытия и стержня;
• по механическим свойствам металла шва;
• по роду и полярности тока, величине номинального напряжения холостого хода источника питания.
• по качеству изготовления, состоянию поверхности покрытия, содержанию вредных примесей фосфора и серы.

Каждый параметр электрода имеет свое буквенное или цифровое обозначение в определенной части маркировки. В частности, электроды для сварки углеродистых и низколегированных конструкционных сталей с временным сопротивлением разрыву до 60 кгс/мм² обозначаются буквой У. Электроды со средним по толщине рутиловым покрытием имеют в маркировке букву С (среднее) и Р (рутиловое). Стоящая предпоследней цифра 1 сообщает, что электрод может использоваться для выполнения шва любого пространственного положения, а завершающая обозначение цифра 0 информирует о том, что данный электрод используется при работе сварочным аппаратом дающим постоянный ток.

В соответствии с ГОСТ 9466-75 обозначение электрода содержит информацию о типе, марке, диаметре и прочих его характеристиках. В обозначение типа электродов для сварки конструкционных сталей входит буква Э ("электрод для дуговой сварки") и цифра, сообщающая о минимальном временном сопротивлении разрыву металла шва в кгс/мм². Если после цифр присутствует буква А (например, Э42А, Э46А), это означает, что данный тип электрода обеспечивает более высокие пластические свойства металла шва.

Наряду с типом, электроды имеют и марку. Одному типу электродов может соответствовать несколько марок. Например, электродам типа Э42 соответствуют марки ГОСЦ-2, ЦМ-7, АНО-6.

Обозначение электродов по ГОСТ 9466-75

Обозначение электродов по международному стандарту EN 499

Неплавящиеся электроды. Неплавящиеся электроды бывают угольными, графитовыми и вольфрамовыми. Температура плавления всех этих материалов превышает ту, до которой они нагреваются при сварке. Эта особенность и обусловила их название.

Графитовые электроды изготавливают из синтетического прессованного графита, угольные - из электротехнического угля. Электроды из графита обладают определенными преимуществами перед угольными. У них выше электропроводимость, позволяющая в 2,5-3 раза повысить плотность тока, и более высокая устойчивость против окисления при высоких температурах. Последнее качество позволяет снизить их расход по сравнению с угольными.

Графитовые электроды

Угольные омедненные электроды

Вольфрамовые неплавящиеся электроды изготавливаются из чистого или с наличием присадок вольфрама. В качестве присадок используются окислы тория, иттрия, лантана и других веществ. О наличии той или иной присадки говорит марка и цвет электрода. Обозначение ЭВ (WP) означает чистый вольфрам (конец окрашен в зеленый цвет), ЭВТ (WT) - вольфрам с торием (красный), ЭВИ (WY) - с иттрием (темно-синий), (WL) - с лантаном (синий или золотистый, в зависимости от содержания лантана), WC - с церием (серый), WZ - с цирконием (белый).

Вольфрамовые электроды

С помощью неплавящихся электродов варят сталь, чугун, медь, латунь, бронзу, алюминий и прочие металлы. Сварка проводится чаще всего в среде защитного газа (аргона, гелия, азота и их смеси). Её можно осуществлять как с присадочным материалом, так и без. В качестве последнего используется проволока, металлические прутки или полосы.

Выбор электродов для сварки сталей

Выбор типа электрода для сварки сталей зависит не только от марки последней, но и от характера соединения, пространственного положения шва, рода сварочного тока (постоянный или переменный), температуры окружающего воздуха во время работ и пр. В настоящее время производится несколько сотен марок электродов для самого различного назначения.

Электроды для сталей подразделяются на несколько групп - в зависимости от марки материала, для сварки которого они предназначены.

Первую группу образуют электроды для сваривания углеродистых и низколегированных конструкционных сталей, содержащих до 0,25% углерода и имеющих сопротивление разрыву до 490 МПа. К таким сталям относятся марки Ст5пс, Ст3сп, Ст0 и другие, используемые для производства металлопроката, из которого в быту изготавливается большинство конструкций, к прочности которых не предъявляют особых требований - ворота, ограждения и пр. Для их сваривания применяют такие известные всем сварщикам марки электродов, как АНО-4, АНО-21, МР-3, ОЗС-41. Популярный электрод МР-3 пригоден для сварки как переменным, так и постоянным током во всех пространственных положениях шва кроме вертикального сверху вниз.

Для сварки сталей, имеющих сопротивление разрыву от 490 до 590 МПа, используются электроды типа Э50А, Э60 (марки УОНИ-13/55, ОЗС-28, УОНИ-13/65). Эти электроды дают шов, выдерживающий более значительные нагрузки, чем предыдущая группа электродов.

Конструкционные легированные стали повышенной и высокой прочности, имеющие сопротивление разрыву свыше 590 МПа, необходимо варить электродами НИАТ-5, ЭА-981/15, ЭА-395/9 (если изделие не подвергается после сварки термообработке) или электродами ОЗШ-1, НИАТ-3М, УОНИ-13/85 - если сваренную конструкцию планируется подвергнуть термообработке с целью обеспечения равнопрочности швов.

Для сварки низколегированных и легированных теплоустойчивых сталей, работающих при температурах до 550-600 °C, предназначены электроды типа Э-09Х1М, Э-09МХ, Э50А (марки АНЖР-2, ОЗС-11, ЦУ-5).

Не часто, но приходится в быту сталкиваться и со сваркой жаропрочных и жаростойких сталей, предназначенных для работы при температуре свыше 550-600 °C. Например, при изготовлении несгораемых колосников для печи. Если удастся добыть такую сталь, варить ее нужно электродами КТИ-7А, ОЗЛ-38, ЦТ-15.

Коррозионностойкие стали, обладающие устойчивостью к коррозии в кислотной, щелочной и прочих агрессивных средах, известные в быту под названием "нержавейки", варятся электродами марок ЦЛ-11, ОЗЛ-7, ОЗЛ-22.

Выбор диаметра электрода. Диаметр электрода выбирается, прежде всего, с учетом толщины свариваемого металла. Прочие условия работы: марка свариваемого металла, род тока, параметры сетевого напряжения, формы подготовки кромок и т.п. - также могут выдвигать свои требования к диаметру электрода, но в гораздо меньшей степени, чем толщина свариваемого металла.

Для первоначального выбора электрода можно использовать нижеследующую таблицу, значения в которой соответствуют нижнему шву.

При выполнении сварных швов в вертикальном и потолочном положениях применяют электроды диаметром не более 4 мм. Если имеется разделка кромок или необходимо заплавить зазор между деталями, то корневой шов может выполняться электродом меньшего диаметра - 2,5-3 мм.

Сварка корневого шва

Сварочная проволока

Сварочная проволока выпускается из стали различных марок, меди, алюминия и других металлов. Стальная проволока, предназначенная для сварки, наплавки и изготовления штучных электродов, изготавливается по ГОСТ 2246-70. Стандарт предусматривает 77 марок стальной проволоки различного химического состава - низкоуглеродистых, легированных и высоколегированных.

Диаметр материала колеблется от 0,3 до 12,0 мм. Проволока толщиной до 3 мм применяется для полуавтоматической шланговой сварки, диаметром 1,6-6 мм - для ручной сварки штучными электродами, диаметром 2-5 мм - для автоматической сварки. Материал больших диаметров применяют для наплавочных работ. По виду покрытия проволока бывает чистой и омедненной. Омеднение улучшает прочность и чистоту шва, повышает устойчивость горения дуги, снижает разбрызгивание металла.

В обозначении марок проволоки используются буквы и цифры. Обозначение Св-08ГС говорит о том, что это сварочная проволока (Св), имеющая углерода - 0,8%, марганца (Г) - до 1%, кремния (С) - до 1%.

Сварочная проволока: нержавеющая, омедненная, алюминиевая.

Порошковая проволока

Порошковая проволока (она же флюсовая или самозащитная), используемая для сварки полуавтоматами, представляет собой металлическую оболочку, заполненную специальным порошком. Последний состоит из смеси материалов (ферросплавов, минералов, руд, химикатов и пр.), имеющих то же назначение, что и покрытие штучных электродов - защиту расплавленного металла от кислорода и азота, легирования и раскисления металла, стабилизацию дугового разряда и пр.

Варианты конфигурации оболочки порошковой проволоки

Порошковая проволока позволяет отказаться от использования в полуавтоматической сварке газовых баллонов, однако при этом страдает качество.