Материалы для сварочных работ

При выполнении сварки плавлением применяют: сварочную проволоку, плавящиеся и неплавящиеся электроды, электроды со специальным покрытием. Для защиты сварочной ванны используют различные флюсы и защитные газы. Правильный выбор сварочных материалов является залогом качественной сварки.

Электродные материалы. Сварочная проволока выпускается нескольких десятков марок и диаметров; каждый вид проволоки предназначен для определенного вида работ. Маркировка проволоки выполняется буквенным и цифровыми символами, указывающими на содержание примесей и виды сталей, для сварки которых она предназначена. Марка сварочной проволоки состоит из нескольких элементов: буквенного символа «Св» в начале маркировки, означающего «проволока сварочная»; цифрового индекса после буквенного символа, указывающего содержание углерода в сотых долях процента (марка Св-08 означает «проволока сварочная с содержанием углерода 0,08 %» буквенного символа после цифры, обозначающего легирующие элементы; цифры после них, указывающие процентное содержание легирующего элемента в сотых долях процента при его содержании более 1 %. Если его содержание не превышает 1 %, то его количественный состав в маркировочном индексе не проставляют.

Химические элементы в сталях обозначают следующими символами: алюминий — Ю, азот — А, титан — Т, хром — X, цирконий — Ц, кремний — С, вольфрам — В, кобальт — К, марганец — Г, молибден — М, никель — Н, медь — Д, бор — Р, ванадий — Ф, ниобий — Б. Индекс А в конце маркировки указывает на то, что проволока изготовлена из высококачественной стали, которая содержит мало вредных примесей.

При сварке низкоуглеродистых сталей применяют сварочную проволоку марок: Св-08, Св-08А, Св-08АА, Св-08ГА, Св-ГА и Св-10Г2. Диаметр сварочной проволоки, выпускаемой современной промышленностью, может колебаться от 0,3 до 12 мм.

В последнее время используют проволоку с медным покрытием, защищающим ее поверхность от атмосферного воздействия. Выбирая проволоку, следует внимательно изучить информацию на бирке, прикрепленной к каждому мотку или бухте. Здесь указывают изготовителя, марку стали, из которой проволока изготовлена, и ее диаметр. Кроме того, к каждой поставляемой партии проволоки независимо от ее количества должен прилагаться сертификат соответствия.

Ответственные конструкции, к качеству сварки которых предъявляют повышенные требования, варят порошковыми проволоками. Такая проволока представляет собой металлическую оболочку из низкоуглеродистой стали, в полость которой запрессован порошок состава, специально подобранного в зависимости от марки свариваемой стали и требований, предъявляемых к сварному соединению. Это может быть простой железный порошок, служащий заполнителем сварочного шва, или специальный сплав, обеспечивающий легирование сварного соединения. Оболочку получают путем протягивания стальной ленты через калиброванное отверстие специальных фильеров.

Порошковая проволока маркируется символом «ПП», за которым следует буквенный и цифровой символы, указывающие ее тип. Хранят и транспортируют сварочную проволоку в условиях, исключающих ее загрязнение и окисление.

Электроды для ручной дуговой сварки изготовляют в виде стержней из холоднотянутой калиброванной сварочной проволоки, на которую методом опрессовки под давлением нанесен слой защитного покрытия. Роль покрытия заключается в металлургической обработке сварочной ванны, защите ее от атмосферного воздействия и обеспечении более устойчивого горения дуги. В состав защитного покрытия входят:

о стабилизирующие вещества, обеспечивающие устойчивый процесс горения дуги за счет соединений щелочных и щелочноземельных металлов, обладающих низким потенциалом ионизации. К таким металлам относят калий, натрий, кальций, которые содержатся в кальцинированной соде, поташе, некоторых видах известняка и мрамора;

о шлакообразующие компоненты, представляющие собой руды (титановые и марганцевые) и минералы (полевой шпат, гранит, кремнезем, плавиковый шпат). При помощи шлакообразующих компонентов вокруг сварочной ванны создается защитная шлаковая пленка, препятствующая протеканию окислительных процессов;

о газообразующие — неорганические вещества (мрамор СаС0₃, магнезит MgC0₃ и др.) и органические (крахмал, древесная мука и т.п.). Роль этих веществ сводится к дополнительной защите сварочной ванны за счет выделенных газов, образующих защитную оболочку;

о легирующие элементы и раскислители — кремний, марганец, титан и др., а также сплавы этих элементов с железом. Их применяют для наполнения сварочной ванны легирующими элементами, придавая металлу нужное состояние; о раскисляющие вещества, позволяющие восстанавливать металлы из образовавшихся в сварочной ванне оксидов. Для этого служат ферромарганец, ферросилиций и ферротитан; о связующие компоненты — водные растворы силикатов натрия и калия, называемые жидким стеклом, которые придают монолитность покрытию из порошковых материалов; о формовочные добавки — вещества, придающие покрытию пластические свойства (бетонит, каолин, декстрин, слюда и проч.).

Для обеспечения устойчивого горения дуги в покрытия вводят вещества, содержащие элементы с низким потенциалом ионизации (соли щелочных металлов). С целью повышения производительности сварки в покрытия добавляют железный порошок, содержание которого может достигать 60 % массы покрытия.

Все электроды для ручной сварки можно разделить на следующие группы: В — для сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами (49 типов); Л — для сварки легированных конструкционных сталей с временным сопротивлением разрыву свыше 600 МПа (пять типов — Э70, Э85, Э100, Э125, Э150; цифры в обозначении электрода для сварки конструкционных сталей означают гарантируемый предел прочности металла шва); Т — для сварки легированных теплоустойчивых сталей (9 типов); У — для сварки углеродистых и низколегированных конструкционных сталей с временным сопротивлением разрыву; Н — для наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами (44 типа).

Выпускаемые промышленным способом электроды в зависимости от допустимого пространственного положения сварки подразделяют на четыре группы: о для сварки во всех положениях шва;

о для сварки во всех положениях, кроме вертикального сверху вниз;

о для сварки в нижнем, горизонтальном положении шва на вертикальной плоскости и вертикальном — снизу вверх; о для сварки в нижнем положении и нижнем «в лодочку».

Маркировка электродов состоит из буквы «Э» и цифр, указывающих прочностные характеристики наплавленного металла Например, электроды Э42 обеспечивают минимальное сопротивление шва внешним нагрузкам с давлением 420 МПа. Если в обозначении после цифр стоит буква «А», то данный тип электрода обеспечивает более высокие пластические свойства наплавленного металла. Электроды различают по маркам, которые указаны в их паспорте. Одному и тому же типу электродов может соответствовать несколько марок. К примеру, электродам типа 46 соответствуют марки АНО-4, МР-3 и некоторые другие, электродам типа Э42 — марки УОНИ-13/45 и СМ-11.

Перед сваркой необходимо ознакомиться с надписью на этикетке пачки. Например, условное обозначение на упаковочной пачке Э42А-УОНИ-13/45-УД Е432(5)-Б1=ОП расшифровывается следующим образом: Э42А — тип электрода с прочностной характеристикой шва 420 МПа; УОНИ-13/45 — марка электрода; У — назначение электрода — для сварки углеродистых и низкоуглеродистых сталей; Д — электрод с толстым покрытием; Е432(5) — группа индексов, указывающих характеристики наплавленного металла; Б — вид покрытия; 1 — для всех пространственных положений; =ОП — постоянный ток обратной полярности.

При необходимости электроды прокаливают не позднее чем за 5 суток до сварки. После этого электроды хранят в запаянных полиэтиленовых пакетах без доступа воздуха. Нельзя прокаливать электроды более 2 раз (не считая прокалку при их изготовлении), так как покрытие может отслаиваться и осыпаться.

Неплавящиеся электроды применяют для возбуждения и поддержания сварочной дуги, но сами они не наполняют сварочную ванну. Для этого применяют электроды в виде стержней цилиндрической формы, выполненные из тугоплавкого материала (в основном вольфрама, реже угля или графита). Конец электрода затачивается на конус. Для поддержания устойчивой дуги в состав электродов вводят оксиды активирующих редкоземельных металлов (торий, лантан и т.д.), повышающие эмиссионную способность электрода.

Графитовые электроды имеют высокую электрическую проводимость, стойкость против окисления при высоких температурах.

Вольфрамовые электроды изготовляют из чистого вольфрама или с добавлением активизирующих присадок, которые обеспечивают более устойчивое горение дуги, повышают стойкость электрода при повышенной плотности тока. Содержание активирующих добавок обычно не превышает 1—3%.

Флюсы для дуговой сварки используют с целью защиты от вредных воздействий атмосферных газов и металлургической обработки сварочной ванны. Их введение обеспечивает высокое качество шва за счет поддержания устойчивого процесса сварки, формирования оптимального химического состава шва, механических свойств сварных соединений (прочность) и легкой отделяемости шлаковой корки от поверхности. Швы получаются плотные и не склонные к кристаллизационным трещинам. Флюсы вводят в сварочную ванну различными способами: наносят в виде паст на кромки свариваемых деталей, вводят в виде порошков или газов непосредственно в сварочную дугу или пламя (рис. 3.2).

Рис. 3.2. Схема дуговой сварки под слоем флюса:

1 — электрод; 2 — расплавленный флюс; 3 — слой флюса; 4 — ванна расплавленного металла; 5— металл трубы

Сварочные флюсы могут быть кислыми и основными. Если в сварочной ванне преобладают основные оксиды (в большинстве случаев это оксиды металлов), то должны использоваться кислые флюсы, их применяют преимущественно для сварки цветных металлов и сплавов на медной основе. Если применяются кислотные оксиды (Si0₂ и др.), то флюс должен быть основным, его чаще всего применяют при сварке чугуна. Как правило, это смесь соды Na₂C0₃, поташа К₂С0₃ и других веществ. В обоих случаях реакция протекает по следующей схеме:

кислотный оксид + основной оксид = соль.

Образующиеся при этом легкоплавкие соли в виде шлака всплывают на поверхность сварочной ванны.

Для сварки чугуна в качестве флюса может применяться чистая бура. Сварку низкоуглеродистых сталей выполняют преимущественно низкоуглеродистой сварочной проволокой в сочетании с высоко кремнистым марганцевым флюсом.

Перед употреблением флюсы обычно прокаливают, соблюдая режимы, указанные в ТУ или в паспортах, разработанных заводом-изготовителем.

Защитные газы, служащие для снижения вредного воздействия окружающей среды, могут применяться как в чистом виде, так и в виде смесей. В основном это инертные газы аргон и гелий. Инертные газы не вступают в химическую реакцию с металлом и не растворяются в нем. Их используют преимущественно при сварке химически активных металлов (титан, алюминий, магний и т.д.). Кроме инертных газов для защиты сварочной ванны могут применять активные газы — углекислый газ и азот.

Аргон — бесцветный негорючий неядовитый газ тяжелее воздуха, не образующий с ним взрывчатых смесей. Он хорошо обеспечивает защиту сварочной ванны, не вступая с ним в реакцию. Поставляется в баллонах вместимостью 40 л под давлением.

Гелий — значительно легче воздуха, следовательно, аргона, поэтому расход гелия при сварке увеличивается в 1,5—2 раза. По своим качествам гелий не уступает аргону, а в некоторых случаях превосходит его. Так, при одном и том же токе дуга в среде гелия выделяет в 1,5—2 раза больше энергии, чем в аргоне. Это позволяет повысить скорость сварки; но стоимость гелия выше, чем аргона, поэтому он применяется реже.

Азот — активный газ без цвета, запаха и вкуса. В соединении с металлами, азот образует нитриды, снижающие механические свойства металла. Его используют для сварки меди и ее сплавов, по отношению к которым азот является инертным газом.

Водород — горючий взрывоопасный газ, не имеющий цвета, запаха и вкуса, в 14,5 раза легче воздуха. Так как водород образует взрывоопасные смеси (особенно с кислородом), то его не применяют в чистом виде для сварки. Смесь водорода и аргона значительно улучшает процесс формирования шва, повышает чистоту его поверхности, увеличивает глубину проплавления. Такой смесью часто пользуются при сварке тонких металлов (толщиной до 1 мм).

Кислород — газ, не имеющий цвета, запаха и вкуса, активно поддерживает горение. Его используют для газопламенной сварки металлов. Однако при соприкосновении сжатого кислорода с маслом происходит мгновенное окисление, сопровождающееся выделением теплоты, что может привести к воспламенению масла и даже к взрыву.

Смесь кислорода и аргона при сварке благоприятно влияет на металлургические процессы и технологические характеристики. Так, при содержании кислорода в аргоне до 5 % повышается стабильность сварочной дуги, увеличивается текучесть сварочной ванны, улучшается процесс формирования шва, перенос металла становится мелкокапельным.

Углекислый газ (диоксид углерода) со слабым запахом и резко выраженными окислительными свойствами является активным защитным газом. Для сварки применяют сварочный углекислый газ чистотой 99,5 %. Углекислый газ не токсичен и не взрывоопасен. При содержании его в рабочей зоне до 0,5 % не представляет опасности для здоровья. Более высокие концентрации (свыше 5 %) могут оказать вредное воздействие на организм человека.