Покрытия сварочных электродов

Порошковая сварочная проволока

Порошковая сварочная проволока представляет собой трубчатую проволоку, заполненную порошкообразным наполнителем. Отношение массы порошка к массе металлической оболочки составляет от 15 до 40%. Конструкция порошковой проволоки может быть разной – простой трубчатой, с различными загибами оболочки, двухслойной (см. рисунок).

Рисунок. Конструкции порошковой сварочной проволоки

Загибы используются для придания проволоке жесткости и предотвращения высыпания порошка при ее сдавливании подающими роликами сварочного полуавтомата. Порошкообразный наполнитель представляет собой смесь руд, минералов, ферросплавов, химикатов. Он выполняет функции, аналогичные функциям электродных покрытий, – защиту металла от воздуха, стабилизацию дугового разряда, раскисление и легирование шва, формирование шва, регулирование процесса переноса электродного металла и др.

По составу порошкообразного наполнителя порошковые сварочные проволоки подразделяются на:

• рутил-органические,
• карбонатно-флюоритные,
• флюоритные,
• рутиловые и
• рутил-флюоритные.

По назначению порошковые проволоки бывают самозащитные, предназначенные для сварки без дополнительной газовой защиты, и проволоки для сварки в углекислом газе. Каждая из этих групп, в свою очередь, подразделяется на проволоки общего назначения и специальные. Применение самозащитных проволок позволяет упростить процесс сварки, поскольку отпадает необходимость в использовании баллонов с углекислым газом. Это расширяет возможности использования полуавтоматической сварки, в частности в монтажных условиях. Для самозащитных проволок используются порошки рутил-органического, карбонатно-флюоритного и флюоритного типов.

При сварке проволоками рутил-органического типа металл шва по химическому составу близок к составу низкоуглеродистой полуспокойной стали. При больших силах тока сварочная ванна интенсивно поглощает газы, что приводит к пористости. В связи с этим сила тока ограничена, что снижает производительность сварки. Типичным представителем проволок рутил-органического типа может служить сварочная проволока марки ПП-АН1.

Проволоки карбонатно-флюоритного типа рекомендуется использовать для сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей ответственных конструкций. При этом механические свойства шва выше, чем для рутил-органических проволок. Сварные швы более пластичны и лучше работают при низких температурах. Представителями данного типа являются сварочные проволоки ПП-АН11, ПП-АН17.

Проволоки флюоритного типа по характеристикам занимают промежуточное положение между проволоками рутил-органического и карбонатно-флюоритного типа, например, сварочная проволока ПП-2ДСК.

Использование порошковых проволок при сварке в углекислом газе позволяет существенно улучшить технологические параметры процесса сварки и механические свойства шва по сравнению с проволоками сплошного сечения. Улучшается формирование и внешний вид шва, снижается разбрызгивание металла, повышаются механические характеристики сварного соединения. Для сварки в углекислом газе используются проволоки рутилового и рутил-флюоритного типа. Проволоки рутилового типа (ПП-АН8; ПП-АН10) предназначены для сварки широкого круга конструкций из низкоуглеродистой и низколегированной стали. Проволоки рутил-флюоритного типа (ПП-АН4; ПП-АН9; ПП-АН20) обеспечивают высокую ударную вязкость и рекомендуются для сварки конструкций из легированных сталей, работающих в сложных климатических условиях при динамических нагрузках.

Сварочные проволоки специального назначения используются при сварке с принудительным формированием, под водой, для сварки чугуна и т.д.

Кроме марки порошковая проволока также имеет условное обозначение, содержащее четыре группы буквенных и цифровых индексов:

1. Назначение: ПГ – для сварки в защитных газах, ПС – самозащитная.

2. Прочность наплавленного металла в МПа. Дополнительная буква Ч или Л означает для сварки чугуна или легированной стали. Для низкоуглеродистых и низколегированных сталей буква не ставится.

3. Обозначение допустимых пространственных положений: Н – нижнее, В – нижнее, горизонтальное, вертикальное; В_т – только горизонтальное; В^{^} – только вертикальное; Т – все положения, включая тела вращения.

4. Температура перехода к хрупкому разрушению: 0 – 20°С; 1 – 0°С; 2 – минус 20°С; 3 – минус 30°С; 4 – минус 40°С; 5 – минус 50°С; 6 – минус 60°С. Буква Д – требования не регламентированы.

Флюсы для сварки низколегированных сталей

При сварке низколегированных сталей используются флюсы с более низкой химической активностью (А_ф от 0, 3 до 0, 6), чем при сварке низкоуглеродистых сталей. В них содержится меньшее количество оксидов SiO₂ и MnO и большее количество CaF₂ и СаО. За счет меньшей активности сварочного флюса снижается окисление легирующих элементов в стали и улучшается пластичность шва, однако при этом несколько ухудшается формирование шва, повышается вероятность порообразования.

Наиболее распространенные отечественные флюсы для сварки низколегированных сталей:

• низкокремнистые низкомарганцевые – ФЦ-11, ФЦ-15, ФЦ-16, ФЦ-22, ФВТ-1, АН-43;
• низкокремнистые средне-марганцевые – АН-42, АН-47.

Производство флюса

Технология производства плавленого сварочного флюса представлена на рисунке ниже.

Рисунок. Технология производства плавленого флюса

Основные этапы технологии производства:

1. Подготовка шихты

2. Выплавка флюса

3. Грануляция

4. Обработка

5. Контроль качества произведенного флюса

6. Упаковка

Компоненты флюса должны храниться раздельно по партиям согласно нормативно-технической документации. При подготовке шихты выполняются крупное, среднее и мелкое дробление кусковых компонентов, их мойка и сушка. Далее производятся их взвешивание, дозировка согласно рецепту и смешивание.

Выплавка флюса осуществляется в электродуговых или газопламенных печах. Сварочный флюс после выплавки в газопламенной печи всегда гранулируется мокрым способом и получается стекловидным, а флюс, выплавленный в электродуговой печи может гранулироваться сухим способом и быть пемзовидным.

Грануляция флюса может выполняться мокрым и сухим способом. При мокрой грануляции расплав выливается в наполненный водой бассейн и при соприкосновении с холодной водой делится на мелкие частицы. При сухом способе грануляции расплав сливают в металлический поддон или изложницу с последующим дроблением слитка.

При обработке флюса выполняются его сушка, дробление и просеивание. По окончании просеивания мелкую и крупную фракции, не соответствующие ТУ, возвращают на переплав.

При контроле качества флюса проверяются размер зерен, удельный вес, химический состав, влажность и другие характеристики.

Упаковка флюса может осуществляться в полиэтиленовые мешки, пятислойные бумажные мешки, металлические барабаны или ящики.

 

Углекислый газ (углекислота)

Углекислый газ CO2 (углекислота, двуокись углерода, диоксид углерода, угольный ангидрид) в зависимости от давления и температуры может находиться в газообразном, жидком или твердом состоянии. В газообразном состоянии диоксид углерода представляет собой бесцветный газ с немного кисловатым вкусом и запахом. В атмосфере Земли содержится около 0, 04% углекислого газа. При нормальных условиях его плотность составляет 1, 98 г/л – примерно в 1, 5 раза больше плотности воздуха.

Диаграмма. Фазовое равновесие углекислоты

Жидкий диоксид углерода (углекислота) представляет собой бесцветную жидкость без запаха. При комнатной температуре она существует только при давлении свыше 5850 кПа. Плотность жидкой углекислоты сильно зависит от температуры. Например, при температуре ниже +11°С жидкая углекислота тяжелее воды, при температуре выше +11°С – легче. В результате испарения 1 кг жидкой углекислоты при нормальных условиях образуется примерно 509 л газа.

При температуре около -56, 6°С и давлении около 519 кПа жидкая углекислота превращается в твердое вещество – «сухой лед».

В промышленности наиболее распространены 3 способа получения углекислого газа:

• из отходящих газов химических производств, прежде всего синтетического аммиака и метанола; в отходящем газе содержится примерно 90% углекислого газа;
• из дымовых газов промышленных котельных, сжигающих природный газ, уголь и другое топливо; в дымовом газе содержится 12–20% углекислого газа;
• из отходящих газов, образующихся при брожении в процессе получения пива, спирта, при расщеплении жиров; отходящий газ представляет собой почти чистый углекислый газ.

Согласно ГОСТ 8050-85 газообразная и жидкая углекислота поставляется трех видов: высшего, первого и второго сортов. Для сварки рекомендуется использовать углекислоту высшего и первого сорта. Применение углекислоты второго сорта для сварки допускается, однако желательно наличие осушителей газа. Допустимое содержание углекислого газа и некоторых примесей в различных марках углекислоты приведено в таблице ниже.

Таблица. Характеристики марок углекислоты

Марка углекислоты	Углекислота сварочная высшего сорта	Углекислота сварочная первого сорта	Углекислота второго сорта
Объемная доля углекислого газа, %, не менее	99, 8	99, 5	98, 8
Доля воды, %, не более	нет	нет	0, 1
Содержание водяных паров, г/м3, не более	0, 037	0, 184	Не нормируется

Меры безопасности при работе с углекислым газом:

• Углекислота не токсична и не взрывоопасна, однако при ее концентрациях в воздухе свыше 5% (92г/м³) снижается доля кислорода, что может привести к кислородной недостаточности и удушью. Поэтому следует опасаться ее скапливания в плохо проветриваемых помещениях. Для регистрации концентрации углекислоты в воздухе производственных помещений применяются газоанализаторы – стационарные автоматические или переносные.
• При уменьшении давления до атмосферного жидкая углекислота превращается в газ и снег с температурой -78, 5°C и может привести к поражению слизистой оболочки глаз и обморожению кожи. Поэтому при отборе проб жидкой углекислоты необходимо пользоваться защитными очками и рукавицами.
• Осмотр внутренней емкости ранее эксплуатируемой цистерны для хранения и транспортирования жидкой углекислоты необходимо проводить в шланговом противогазе. Цистерну необходимо отогреть до температуры окружающей среды, а внутреннюю емкость продуть воздухом или провентилировать. Противогаз разрешается не использовать только после того, как объемная доля углекислоты внутри оборудования станет ниже 0, 5%.

Покрытия сварочных электродов

Электродные покрытия могут создаваться по-разному. В одних возможно преобладание газообразующих компонентов, в других – шлакообразующих. В качестве газообразующих компонентов могут применяться минералы или органические соединения. Выведение из металла шва водорода может осуществляться с помощью фтора или кислорода. В различной степени может выполняться очистка металла шва от нежелательных включений, в том числе от фосфора и серы.

В зависимости от используемого подхода выделяют четыре базовых типа покрытия.

Кислое покрытие (обозначается по ГОСТ 9466-75 буквой «А» ) создается на основе материалов рудного происхождения. В качестве шлакообразующих компонентов используются оксиды, газообразующих – органические составляющие. При плавлении покрытия в расплавленном металле и в зоне горения дуги выделяется большое количество кислорода. Поэтому в покрытие добавляют много раскислителей – марганца и кремния.

Преимущества кислого покрытия электродов:

• низкая склонность к образованию пор при удлинении дуги и при сварке металла с окалиной и ржавыми кромками;
• высокая производительность сварки за счет выделения теплоты при окислительных реакциях;
• стабильное горение дуги при сварке на постоянном и переменном токе.

К недостаткам этого покрытия относятся пониженные пластичность и ударная вязкость металла шва, что связано с невозможностью легирования шва из-за окисления легирующих добавок. Ввиду отсутствия в покрытии кальция в металле шва присутствуют сера и фосфор, повышающие вероятность образования кристаллизационных трещин. Одним из главных недостатков данного покрытия является выделение большого количества вредных примесей вследствие повышенного содержания в аэрозолях соединений марганца и кремния. Поэтому сварочные электроды с кислым покрытием используются в последнее время редко.

Область применения электродов с кислым покрытием – сварка неответственных конструкций из низкоуглеродистых сталей.

Основное покрытие (обозначается по ГОСТ 9466-75 буквой «Б» ) создается на основе фтористых соединений (плавиковый шпат CaF₂), а также карбонатов кальция и магния (мрамор CaCO₃, магнезит MgCO₃ и доломит CaMg(CO₃)₂). Газовая защита осуществляется за счет углекислого газа, который выделяется при разложении карбонатов:

CaCO₃ → CaO + CO₂

С помощью кальция металл шва хорошо очищается от серы и фосфора. Фтор вводится в ограниченных количествах (чтобы сохранить стабильность горения дуги) и связывает водород и пары воды в термические стойкие соединения:

CaF₂ + H₂O → CaO + 2HF
2CaF₂ + 3SiO₂ → 2CaSiO₃ + SiF₄
SiF₄ + 3H → SiF + 3HF

Из-за низкого содержания водорода в металле шва сварочные электроды с основным покрытием также называют «низководородными».

Преимущества основного покрытия электродов:

• низкая вероятность образования кристаллизационных трещин, высокая пластичность и ударная вязкость металла шва, обусловленные малым содержанием в наплавленном металле кислорода и водорода, а также его хорошим рафинированием;
• высокая стойкость против хладноломкости – появлению или возрастанию хрупкости с понижением температуры;
• широкие возможности легирования ввиду низкой окислительной способности покрытий;
• меньшая токсичность по сравнению с кислыми покрытиями;
• повышенный коэффициент наплавки при введении железного порошка.

Недостатки основного покрытия:

• склонность к образованию пор при увеличении длины дуги, повышении влажности покрытия, наличии ржавчины и окалины на свариваемых кромках, что требует более высокой квалификации сварщика, а также необходимости в предварительной очистке кромок и прокалке электродов перед сваркой;
• более низкая устойчивость горения дуги из-за фтора, имеющего высокий потенциал ионизации, в связи с чем сварку электродами с основным покрытием обычно выполняют короткой дугой на постоянном токе обратной полярности.

Область применения электродов с основным покрытием:

• сварка ответственных конструкций из углеродистых сталей, работающих при знакопеременных нагрузках или отрицательных температурах до -70°C;
• сварка конструкционных, жаропрочных, коррозионно-стойких, окалиностойких, а также других специальных сталей и сплавов;
• сварка легированных сталей.

В связи с присутствием в аэрозолях фтористых соединений при сварке в закрытом помещении необходимо обеспечение качественной вентиляции воздуха, а сварщикам рекомендуется работать со средствами индивидуальной защиты дыхательных органов или с подачей чистого воздуха в зону дыхания.

Фото. Известные марки сварочных электродов с основным покрытием: ESAB OK 48.00 (слева) и УОНИ 13/55 российских производителей (справа)

Рутиловое покрытие (обозначается по ГОСТ 9466-75 буквой «Р» ) создается на базе рутилового концентрата TiO₂, обеспечивающего шлаковую защиту, а также алюмосиликатов (полевой шпат, слюда, каолин) и карбонатов (мрамор, магнезит). Газовую защиту обеспечивают карбонаты и органические соединения (целлюлоза). В качестве легирующего компонента и раскислителя используется ферромарганец, в некоторые покрытия вводится железный порошок (обозначаются по ГОСТ 9466-75 буквами «РЖ» ). С помощью кальция, присутствующего в карбонате CaCO₃, из металла шва удаляются сера и фосфор.

Преимущества сварочных электродов с рутиловым покрытием:

• более высокий коэффициент наплавки при введении железного порошка;
• низкая токсичность;
• по сравнению с электродами с основным покрытием – стабильность горения дуги при сварке на постоянном и переменном токе, более высокая стойкость против образования пор, лучшее формирование шва с плавным переходом к основному металлу, меньшая чувствительность к увеличению длины дуги, меньше коэффициент разбрызгивания металла, более удобная сварка в вертикальном и потолочном положениях (при отсутствии в них железного порошка или его содержании менее 20%).

Недостатки электродов с рутиловым покрытием:

• пониженные пластичноcть и ударная вязкость металла шва из-за включений SiO₂;
• не используются для сварки конструкций, работающих при высоких температурах;
• по сравнению с электродами с основным покрытием – меньшее сопротивление наплавленного металла сероводородному растрескиванию, приводящего к разрушению сварных трубопроводов в месторождениях с сероводородными соединениями; ниже стойкость против кристаллизационных трещин; сильнее окисляют легирующие элементы и железо и поэтому не используются для сварки средне- и высоколегированных сталей; повышенное содержание фосфора в наплавленном металле и склонность к хладноломкости.

Область применения сварочных электродов с рутиловым покрытием:

• сварка и наплавка ответственных конструкций из низкоуглеродистых и некоторых типов низколегированных сталей, за исключением конструкций, работающих при высоких температурах;
• в ряде случаев для сварки среднеуглеродистых сталей, если в покрытии содержится большое количество железного порошка.

Целлюлозное покрытие (обозначается по ГОСТ 9466-75 буквой «Ц» ) создается на основе органических соединений (до 50%) – целлюлозы, муки, крахмала, обеспечивающих газовую защиту. Для шлаковой защиты в небольшом количестве применяются рутиловый концентрат, мрамор, карбонаты, алюмосиликаты и другие вещества. На сварном шве образуется тонкий слой шлака. Легирование наплавленного металла выполняется легирующими добавками стержня, а также за счет добавления в покрытие ферросплавов и металлических порошков. В качестве раскислителей используют ферросплавы марганца. Металл шва по химическому составу соответствует полуспокойной или спокойной стали.

Преимущества сварочных электродов с целлюлозным покрытием:

• качественный провар корня шва;
• возможность сварки в труднодоступных местах в связи с малой толщиной покрытия;
• сварка во всех пространственных положениях.

Недостатки целлюлозного покрытия:

• повышенное разбрызгивание (до 15%) из-за небольшого количества шлакообразующих компонентов и высокого поверхностного натяжения расплавленного металла;
• повышенное количество водорода в металле шва.

Область применения электродов с целлюлозным покрытием – сварка первого (труднодоступного) слоя неповоротных стыков трубопроводов.

Также используются и смешанные покрытия: кислорутиловое (обозначается по ГОСТ 9466-75 буквами «АР» ), рутилово-основное (обозначается по ГОСТ 9466-75 буквами «РБ» ), рутилово-целлюлозное (обозначается по ГОСТ 9466-75 буквами «РЦ» ), а также прочие (обозначаются по ГОСТ 9466-75 буквой «П» ).

 

Таблица. Обозначение покрытий сварочных электродов

Тип покрытия	Обозначение по ГОСТ 9466-75	Международное обозначение ISO	Старое обозначение по ГОСТ 9467-60
кислое	А	A	Р – руднокислое
основное	Б	B	Ф – фтористокальциевое
рутиловое	Р	R	Т – рутиловое (титановое)
целлюлозное	Ц	C	О – органическое
смешанные покрытия
кислорутиловое	АР	AR
рутилово-основное	РБ	RB
рутилово-целлюлозное	РЦ	RC
прочие (смешанные)	П	S
рутиловые с железным порошком	РЖ	RR

Тип сварочного электрода характеризует свойства металла шва. Для конструкционных сталей – это механические свойства (временное сопротивление разрыву, ударная вязкость, относительное удлинение, угол загиба), для легированных сталей со специальными свойствами (теплоустойчивые, жаропрочные, коррозионно-стойкие и др.) – химический состав (содержание углерода, кремния, хрома, марганца, никеля и других элементов). Обозначение типа электрода (регламентируется ГОСТ 9467-75 и ГОСТ 10052-75) содержит букву «Э», после которой ставится временное сопротивление на разрыв δ _В(кг/мм²). Например, «Э46А» означает, что металл, наплавленный этими электродами, имеет прочность 46 кг/мм² (460 МПа) и улучшенные пластические свойства. Для сварки легированных конструкционных сталей повышенной и высокой прочности тип электрода может быть Э70, Э85, Э100, Э125, Э150.

Примеры обозначений типа электрода для сварки сталей со специальными свойствами:

• «Э09Х2М» – в металле шва содержится примерно 0, 09% углерода, 2% хрома, 1% молибдена;
• «Э10Х25Н13Г2Б» – в металле шва содержится примерно 0, 1% углерода, 25% хрома, 13% никеля, 2% марганца, 1% ниобия.

 

Сварочная проволока

Основные виды сварочной проволоки – сплошного сечения, порошковая, активированная. Сварочная проволока сплошного сечения Сварочная проволока сплошного сечения применяется для полуавтоматической и автоматической сварки, а также для изготовления электродов и присадочных прутков. Химический состав и диаметр проволоки для сварки сталей регламентирует ГОСТ 2246-70. Проволока для наплавки выпускается по ГОСТ 10543-75, проволока из меди и сплавов – по ГОСТ 16130-72, проволока из алюминия и сплавов – по ГОСТ 7871-75. Наиболее распространенной является стальная проволока. Она выпускается следующих диаметров (мм): 0, 3; 0, 5; 0, 8; 1, 0; 1, 2; 1, 4; 1, 6; 2, 0; 2, 5; 3, 0; 4, 0; 5, 0; 6, 0; 8, 0; 10, 0; 12, 0. Сварочная проволока обозначается следующим образом (см. рисунок ниже).

Рисунок. Обозначение проволоки

1. Диаметр.

2. Марка проволоки:

o назначение ( Св – сварочная, Нп – наплавочная).

o содержание углерода в сотых долях процента. Например, Св08 – проволока содержит 0, 08% углерода;

o может указываться содержание легирующих элементов, обозначающихся следующими буквами: X – хром; Н – никель, С – кремний; М – молибден; Г – марганец; Т – титан: Ф – ванадий; Д – медь; Ц – цирконий; Ю – алюминий. За буквой, которая обозначает легирующий элемент, следует число, указывающее его содержание в процентах. Если легирующий элемент содержится в количестве около 1%, то число не ставится. Например, Св08Х21Н5Т расшифровывается следующим образом: проволока сварочная, содержание углерода 0, 08%, хрома 21%; никеля 5%; титана 1%;

o могут указываться повышенные требования к чистоте проволоки по вредным примесям – серы и фосфора. Они отмечаются в марке буквами А и АА. Например, в проволоке Св08 допускается до 0, 04% серы и фосфора, для Св08А – до 0, 03% этих примесей, в Св08АА – до 0, 02%.

3. Способ выплавки: ВД – вакуумно-дуговые печи, ВИ – вакуумно-индукционные печи; Ш – электрошлаковый переплав.

4. Если проволока предназначена для изготовления электродов, то ставится буква Э.

5. Если проволока выпускается с омедненной поверхностью, то ставится буква О.

6. ГОСТ на проволоку.

Пример обозначения: 3 Св08ХСМФА-ВИ-Э ГОСТ 2246-70.

Проволока может поставляться в мотках, на катушках или в специальной упаковке, например, Marathon Pac фирмы ESAB.

123456Следующая ⇒

Поделиться: