Металлические сварочные материалы

Металлические сварочные материалы СОДЕРЖАНИЕ 1. Общие сведения о металлических (присадочных) материалах 2. Плавящиеся сварочные проволоки, стержни и пластины 3. Неплавящиеся электродные стержни. Материалы электродов для машин электрической контактной сварки 4. Требования к подготовке и хранению металлических сварочных материалов Заключение Список литературы 1. Общие сведения о металлических (присадочных) материалах Сварка является одним из ведущих технологических процессов изготовления металлических конструкций. В большинстве случаев сварки плавлением и при всех наплавочных работах в расплавляемый основной металл вводится добавочный, наплавляемый; в результате их смешивания образуется сварочная ванна. Кристаллизация металла сварочной ванны вследствие прекращения действия источника тепла или его удаления при перемещении приводит к образованию металла сварного шва или наплавки. Введение добавочного металла осуществляется посредством расплавления сварочным источником тепла специальных сварочных материалов. Они могут вводиться в сварочное пространство как энергетически связанными с источником тепла (дуговая сварка плавящимся электродом и электрошлаковая сварка токоведущим электродом), так и автономно, непосредственно не связанными с источниками тепла (газовая сварка, сварка неплавящимся электродом). При дуговой сварке применяют неплавящиеся и плавящиеся электроды. Неплавящиеся электроды изготавливают из вольфрама и его сплавов. Классификация сварочных материалов в связи с их большим разнообразием чрезвычайно затруднена и до настоящего времени не разработана. Вот основные виды плавящихся металлических сварочных материалов: Электродная проволока Штучные электроды для дуговой сварки Пластинчатые и пластино-проволочные электроды для электрошлаковой сварки Плавящиеся присадочные материалы трубчатого несплошного сечения и порошки Наплавочные катаные, протянутые проволоки Наплавочные ленты Литые стержни Наплавочные трубчатые (порошковые) проволоки Наплавочные порошковые ленты. Не менее велико и качественное разнообразие сварочных материалов различного назначения. Так, одной только стальной электродной проволоки, централизованно поставляемой металлургической промышленностью по ГОСТу 2246—60, имеется около 60 различных составов при различном сортаменте по размерам. Каждый периодический пересмотр этого ГОСТа увеличивает количество включенных в него марок. Кроме того, электродные и присадочные материалы поставляются и по другим ГОСТам: например, около десяти марок сварочной проволоки из алюминия и его сплавов, две марки чугунных присадочных материалов и др. Учитывая присадочные (электродные) материалы, потребляемые сварочным производством по различным ведомственным ТУ и другим техническим документам, общее количество таких материалов по маркам превышает 100. 2. ПЛАВЯЩИЕСЯ СВАРОЧНЫЕ ПРОВОЛОКИ, СТЕРЖНИ И ПЛАСТИНЫ Стальную сварочную проволоку изготавливают по ГОСТ 2246-70*. Сварочная проволока разделяется на низкоуглеродистую, легированную и высоколегированную. Всего выпускается 77 марок проволоки. Путем соответствующего выбора состава плавящегося электрода можно изменять состав металла шва – легировать его нужными элементами. Обычно состав сварочной проволоки берется близким к составу свариваемого металла. Проволока для изготовления электродов для сварки : алюминия и его сплавов маркируется: АО, А1, АД, АД1. АЛц, АМг и т. д., где цифра показывает общее количество примесей (ГОСТ 7871—75). Выпускается также стальная, наплавочная проволока по ГОСТ 10543—82. Для сварки меди и ее сплавов применяют электроды со стержнями из медной проволоки M1 и М2, бронзы Бр КМцЗ-1 и др. Медь маркируется буквой М, бронзы — буквами Бр. Обозначение сварочной проволоки состоит: 1. Указывается диаметр проволоки в миллиметрах. 2. Далее следует индекс «Св» — сварочная. 3. Цифра за индексом обозначает среднее содержание углерода в сотых долях процента. 4. Обозначение легирующих элементов в проволоке и их количество приняты такими же, как и для марок сталей. Например, условное обозначение проволоки диаметром 2 мм из низкоуглеродистой кремнемарганцевой стали, содержащего 1,4-1,7% Mn и 0,60-0,85% Si- 2Св-08ГС. Таблица №1 - Условное обозначение легирующих элементов в сварочной проволоке. Элемент Условное обозначение Элемент Условное обозначение Менделеева в марке стали в таблицеМенделеева в маркестали Марганец Кремний Хром Молибден Селен Алюминий Mn Si Cr Ni Mo W Se Al Г Ю Титан Ниобий Ванадий Медь Бор Азот Цирконий Ti Nb V Co Cu B N Zr Т Б Ф К Д Р А* Ц По виду поверхности низкоуглеродистая и легированная проволока подразделяется на неомедненную и омедненную. Проволоку поставляют потребителю в мотках, а так же в кассетах, массой от 15 - 80 кг. На каждой бухте крепят металлическую бирку с указанием завода-изготовителя, условного обозначения проволоки, номера партии и клейма технического контроля. Плавящиеся электродные пластины применяют при электрошлаковой сварке. Это позволяет увеличить производительность процесса. При ручной дуговой сварке плавящимся электродом сварка производится металлическим электродным стержнем, на поверхность которого путем окунания в жидкую массу или путем опрессовки под давлением наносится специальное электродное покрытие определенного состава и толщины. Электродный стержень с нанесенным на его поверхность слоем покрытия называют электродом. По назначению металлические электроды для ручной дуговой сварки сталей и наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами, изготовляемые способом опрессовки, подразделяются (ГОСТ 9466—75): -для сварки углеродистых и низколегированных сталей с временным сопротивлением разрыву до 60 кгс/мм2 (600 МПа), с условным обозначением - У; -для сварки легированных сталей с временным сопротивлением разрыву свыше 60 кгс/мм2 (600 МПа) — Л; -для сварки легированных теплоустойчивых сталей - Т; -для наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами — Н. По толщине покрытия электроды подразделяются на электроды с тонким, средним, толстым и особо толстым покрытиями. ГОСТ 9466—75 предусматривает также три группы электродов — 1, 2, 3, характеризующиеся требованиями к качеству (точности) изготовления электродов, состоянием поверхности покрытия, а также содержанием серы и фосфора в наплавленном металле. По виду покрытия электроды подразделяются: покрытия состоят из шлакообразующих, газообразующих, раскисляющих, легирующих, стабилизирующих и связующих (клеящих) компонентов. В зависимости от того, в каком пространственном положении выполняется сварка, электроды подразделяются: для сварки во всех положениях с условным обозначением 1; для сварки во всех положениях, кроме вертикального сверху вниз,— 2; для положений нижнего, горизонтального на вертикальной плоскости и вертикального снизу вверх 3; для нижнего и нижнего «в лодочку» — 4. Электроды подразделяются по роду и полярности тока, а также по номинальному напряжению холостого хода источника питания сварочной дуги переменного тока. Подразделение электродов по типам выполнено в ГОСТ 9467-75, 10051-75 и 10052-75. По ГОСТ 9467-75 предусмотрено 9 типов электродов для сварки углеродистых и низколегированных сталей (Э38, Э42, Э42А, Э46, Э46А, 350, Э50А, Э55 и Э60), 5 типов электродов для сварки легированных сталей повышенной и высокой прочности (ЭТО, Э85, Э100, Э125 и Э150) и 9 типов электродов для сварки легированных теплоустойчивых сталей (Э-09М, Э-09МХ, Э-09Х1М, Э-05Х2М, Э-09Х2М1, Э-09Х1МФ, Э-10Х1М1НФБ, Э-10ХЗМ1БФ, Э-10Х5МФ). Обозначают электроды для сварки углеродистых и легированных сталей по ГОСТ 9466—75. Например, электроды типа Э46А по ГОСТ 9467—75 марки УОНИ-13/45 диаметром 3,0 мм для сварки углеродистых и низколегированных сталей обозначаются так: Е43 2(5)-Б10 Г0СТ 9466-75 ГОСТ 9467-75, где Э — электрод для дуговой сварки; 46 — минимальное гарантируемое временное сопротивление разрыву, обусловленное ГОСТ 9467—75; А — улучшенный тип электродов; буква У обозначает, что электроды предназначены для сварки углеродистых и низколегированных конструкционных сталей с временным сопротивлением разрыву до 60 кгс/мм2 (600 МПа); Д — толщина покрытия; 2 — вторая группа. В знаменателе цифры 43 2 (5) указывают характеристики наплавленного металла и металла шва; буква Б обозначает основной тип покрытия; 1 — пространственное положение, в котором может выполняться сварка, О — постоянный ток обратной полярности. Для электродов, применяемых для сварки углеродистых и низколегированных сталей с временным сопротивлением разрыву до 60 кгс/мм2 (600 МПа), после буквы Е тире не ставится. Для сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами электроды согласно ГОСТ 10052—75 классифицируются по химическому составу наплавленного металла и его механическим свойствам. ГОСТ 10052—75 предусматривает 49 типов электродов. Обозначения типов электродов состоят из индекса Э и следующих за ним цифр и букв. Две цифры, стоящие после индекса, указывают среднее содержание углерода в наплавленном металле в сотых долях процента. Химические элементы, содержащиеся в наплавленном металле, обозначены следующими буквами: А — азот, Б — ниобий, В — вольфрам, Г – марганец Д — медь, М — молибден, Н — никель., С — кремний, Т — титан, Ф — ванадий, X — хром. Цифры, следующие за буквенными обозначениями химических элементов, указывают среднее содержание элемента в процентах. После буквенного обозначения элементов, среднее содержание которых в наплавленном металле составляет менее 1,5% цифры не проставляются. Сварка неплавящимся электродом в защитных газах (СНЭЗГ) — это процесс, в котором в качестве источника теплоты применяют дуговой разряд, возбуждаемый между вольфрамовым электродом и изделием. В качестве неплавящегося электрода наиболее широко применяют вольфрамовые стержни. Они служат только для подвода тока к зоне дуги. Электроды имеют круглую форму. Для сварки в среде инертных газов применяются электроды диаметром 5—10 мм из чистого вольфрама (ЭВЧ), вольфрама с присадками: диоксида тория (ЭВТ), оксидов лантана (ЭВЛ) иттрия (ЭВИ). испарения. Вольфрам - самый тугоплавкий из известных материалов (по температуре плавления уступает лишь углероду). Попытки замены вольфрама другим, более дешевым материалом пока не увенчались успехом. Электродные стержни изготавливают из чистого вольфрама или из вольфрама с добавкой около 2% окиси тория и циркония, либо окиси лантана, либо окиси иттрия 1—3,5 %. Добавка тория снижает эффективный потенциал ионизации, в результате чего облегчается процесс зажигания и увеличивается устойчивость дугового разряда и повышается стойкость электрода, увеличивает примерно на 30—50 % допустимый сварочный ток. Наличие в вольфрамовом электроде тория позволяет значительно повысить плотность тока, так как при этом конец электрода не меняет формы в процессе сварки. Окись тория добавляется в вольфрамовый порошок перед формовкой и спекания электрода. Цирконий наносят на поверхность вольфрамового электрода. Положительное влияние на стойкость вольфрамового электрода оказывает шлифовка его поверхности. Для облегчения манипулирования электродом сплошной вольфрамовый стержень в некоторых случаях заменяют гибким тросиком, сплетенным из большого числа проволок. Вольфрамовый электрод ввиду его окисления используется только при сварке с защитой области дуги инертными газами. Вольфрамовые электроды обеспечивают максимальную токовую нагрузку по сравнению с другими типами вольфрамовых электродов. Они рекомендуются для сварки как на переменном, так и на постоянном токе. У нас в стране широкое распространение получили электроды марок ЭВЛ и ЭВИ. Они выдерживают большую токовую нагрузку и имеют повышенную эрозионную стойкость при сварке по сравнению с электродами марки ЭВЧ. Диаметр вольфрамового электрода выбирается в зависимости от величины сварочного тока. Применяемые вольфрамовые электроды должны отвечать требованиям ГОСТ 23949—80. ∙ 45°. Маркировка должна быть нанесена на одном из концов электрода. Маркировка может быть нанесена на торец в виде полосы или точки на поверхности у торца на 5—10 мм. Различные марки электродов имеют специфические особенности, которые необходимо учитывать при их выборе для конкретных условий сварки. сварочного тока поддерживается температура, при которой термоэмиссия электронов достаточна для обеспечения потребной плотности тока, то эрозия в этом случае минимальная. При переохлаждении электрода увеличиваются доля ионного тока между электродом и плазмой столба, тепловой поток в тело электрода, а вместе с ним и эрозия. При аргонодуговой сварке на токах до 500А удельный расход вольфрама колеблется в зависимости от технологических условий в пределах 1∙10-8 —8∙10-6 г/(А∙с). Поэтому вопрос о выборе оптимального теплового режима вольфрамового электрода является весьма важным. Боковая поверхность и конец электрода при правильном выборе параметров режима сварки и размеров электрода должны блестеть, матовая поверхность означает, что тепловая нагрузка на электрод превышает рекомендуемую. Если поверхность электрода после сварки приобретает синий, черный цвет или имеет зеленый налет, это означает, что расход аргона недостаточен или время продувки аргона после отключения дуги мало. При длительной работе вольфрамового электрода на его рабочей поверхности у торца образуются наросты окислов вольфрама, так называемые коронки, которые могут приводить к произвольному перемещению катодного пятна и блужданию дуги по поверхности сварочной ванны. Вероятность образования «коронки» уменьшается при интенсивном охлаждении электрода и улучшении газовой защиты. Заточка вольфрамовых электродов должна производиться твердыми дисками с мелким зерном для избегания образования заусенцев и бороздок на торце электрода. Круг, на котором затачиваются вольфрамовые электроды, не должен применяться для других материалов, чтобы исключить попадание загрязнений. Вольфрамовые электроды используются с заточкой под углом 20—90°. Диаметр притупления вольфрамового электрода (катода) и угол заточки влияют на проплавляющую способность дуги. При уменьшении диаметра притупления повышается концентрация теплового потока, растет давление дуги и плотность тока. Острая заточка электрода исключает блуждание катодного пятна по поверхности электрода. Глубина проплавления монотонно увеличивается при уменьшении диаметра притупления электрода. нагрева сокращается. Стойкость электродов, от которой в значительной мере зависят производительность сварки и качество сварных соединений, определяется материалом электродов, их конструкцией, условиями охлаждения, режимом сварки и чистотой поверхности свариваемых заготовок. Материал электродов должен иметь высокие тепло- и электропроводность, температуру разупрочнения, а также достаточную прочность и твердость. Стойкость электродов, изготовленных из специальных сплавов, значительно выше по сравнению с медными. Электроды для точечной сварки (сменные вставки), предназначенные для использования на серийных точечных машинах. Электроды для роликовой сварки выполняют в виде дисков диаметром 40—400 мм. Форму их рабочей поверхности выбирают в зависимости от толщины, формы и материала свариваемых заготовок. При сварке стали форму контактной поверхности роликов принимают цилиндрической шириной 4—10 мм. При сварке цветных металлов и стальных заготовок повышенной толщины лучшее качество обеспечивает сферическая поверхность с радиусом до 200 мм. Электроды для стыковой сварки, воспринимающие большие усилия при зажатии заготовок, рекомендуется выполнять из сплавов повышенной твердости с электропроводностью 40— 60% проводимости меди. Конструкция электродов в значительной мере определяется формой и размерами свариваемых заготовок. Транспортировать и хранить проволоку следует в условиях, исключающих ее ржавление, загрязнение и механическое повреждение. Если же поверхность проволоки загрязнена или покрыта ржавчиной, то перед употреблением ее необходимо очистить. Проволоку очищают при намотке ее на кассеты в специальных станках, используя наждачные круги. Для удаления масел используют керосин, Уайт-спирит, бензин и др. На некоторых заводах для устранения влаги применяют термическую обработку: прокалку при температуре 100—150 °С. Наличие следов смазки ила других загрязнений не допускается. В большинстве случаев требуется и очистка от оксидов. Для удаления жировых загрязнений применяют обезжиривание. Оксидную пленку удаляют травлением, химическим и электрохимическим полированием. -удаление консервирующей смазки промывкой горячей водой или растворителями (ацетон, Уайт-спирит); -травление проволоки в течение 5—20 мин в растворе состава: едкий натр 8—12 г/л, кальцинированная сода 40—50 г/л, тринатрийфосфат 40—50 г/л; -промывка в горячей воде при температуре не ниже 50 С С; -промывка в холодной проточной воде; 3 (10 мг/л) при температуре 15—25 С С. Осветление производится до исчезновения темного налета; -промывка в холодной проточной воде; -промывка в горячей проточной воде при температуре не ниже 50°С; -сушка при температуре 60—80°С до полного удаления влаги. Срок хранения готовой к сварке проволоки не должен превышать одних суток. Необходимость в обработке электродной проволоки перед сваркой отпадает, если использовать омедненную проволоку. правила приемки и методы испытания, требования к упаковке, маркировке, транспортированию и хранению. Каждая бухта сварочной проволоки должна иметь металлическую бирку, на которой указано наименование и товарный знак предприятия-изготовителя, условное обозначение проволоки согласно стандарту и номер партии. В сертификате, сопровождающем партию проволоки имеются следующие данные: товарный знак предприятия-изготовителя, условное обозначение проволоки, номер плавки и партии, состояние поверхности проволоки (омедненная или неомедненная), химический состав в процентах, результаты испытаний на растяжение, масса провалом (нетто) в килограммах. Таким образом, наличие бирки, прикрепленной к бухте сварочной проволоки, а также сертификата на проволоку является гарантией того, что проволока пригодна для сварки. На поверхности сварочной проволоки не должно быть окалины, ржавчины, грязи и масла. Проволока из высоколегированной стали не должна иметь остатков графитовой смазки. Сварочную проволоку, на которую не имеется документации, подвергают тщательному контролю. Наиболее важным является проверка химического состава проволоки, для чего от каждой партии отбирают на анализ, устанавливают марку сварочной проволоки и определяют возможность ее применения для сварки в соответствии с технологическим процессом. Контроль качества электродов. При сварке конструкций, в чертежах которых указан тип электрода, нельзя применять электроды, не имеющие сертификата. Электроды без сертификата тщательно контролируют. При этом в соответствии с ГОСТ 9466—60, 9467—60, 10051—62, 10052—62* проверяют прочность покрытия, сварочные свойства электродов, определяют механические свойства металла шва и сварного соединения на образцах, сваренных электродами из проверяемой партии. О пригодности электродов для сварки судят также и по качеству наплавленного металла, который не должен иметь пор, трещин и шлаковых включений. с отсыревшим покрытием в производство не допускаются. Электроды прошедшие проверку подготавливают к сварке в сухожаровом шкафу, где поддаются прокалке при температуре 100-150°С, дабы удалить из покрытия воду. ЗАКЛЮЧЕНИЕ расплавление электродного стержня и покрытия; минимальное разбрызгивание электродного металла и высокая производительность сварки; легкая отделимость шлака и достаточная прочность покрытий; сохранение физико-химических и технологических свойств электродов в течение определенного промежутка времени; минимальная токсичность при изготовлении и при сварке. В количество марок штучных плавящихся электродов, применяемых для сварочных и наплавочных работ, составляет несколько сот. Примерно такое же количество марок электродов применяется и в других странах. Из этого количества марок около десяти являются широко применяемыми для изготовления конструкций из обычных сталей, составляющих по объему производства - 90%. Другие марки, используемые отдельными небольшими или средними партиями, применяются для специфических сварочных и наплавочных работ. К ним относятся электроды для сварки среднелегированных и особенно высоколегированных сталей, обеспечивающих получение специальных физических свойств металла швов, электроды для сварки различных цветных металлов и сплавов, наплавочные и др. Именно эта группа электродов по мере развития производства сварных конструкций подвергается наиболее интенсивным исследованиям, так как находит чрезвычайно разнообразное применение. Ряд марок со временем теряет свою актуальность, разрабатываются и применяются новые марки, как заменяющие старые, так и решающие новые задачи. Многие сварочные материалы разрабатываются и изготовляются самими потребителями. Хотя их общее использование в сварочном производстве количественно невелико, влияние их правильного выбора на качество и эксплуатационные характеристики различных сварных конструкций может быть решающим. Поэтому процесс разработки новых сварочных материалов чрезвычайно важен, и многие работники сварочного производства, работающие в различных научно-исследовательских учреждениях, заводских лабораториях и других организациях, связаны с их созданием и производством. Разработка новых сварочных материалов в основном базируется на проведении экспериментальных исследований, иногда очень трудоемких и дорогих. Это определяется наличием весьма разнообразных факторов, которые необходимо учитывать при разработке новых материалов: стоимость материалов, технологичность их изготовлении и применения, обеспечение определенных заданных свойств сварных или паяных соединений при различных способах изготовления конструкций, дефицитность исходных материалов, особенности их поставки и ряд других. Список литературы 1. Технология электрической сварки металлов и сплавов плавлением./Под ред. акад. Б. Е. Патона. – М.: Машиностроение, 1974. – 768 с. 2. Китаев А. М. Дуговая сварка. – М.: Машиностроение, 1974. – 240 с. 3. Справочник сварщика. / Под ред. В. В. Степанова. – 4-е изд. переаб. и доп. – М.: Машиностроение, 1983. – 560 с. (серия справочников для рабочих). 5. Елагин А. В., Наумов В. Г. Сварка в среде защитных газов. 2-е изд. доп. М.: Стройиздат, 1971. – 192 с. 6. Никифоров Г. Д. Технология и оборудование сварки плавлением. – М.: Машиностроение, 1986. – 320 с. 7. Петров Г. Л. Сварочные материалы: Учеб. пособие для вузов. – Л.: Машиностроение, 1972. – 280 с. 8. Сварочные работы в строительстве: Справ. по спец. работам. / Под ред. В. Д. Тарана. – М.: Стройиздат, 1971., Ч. 1. – 464 с. – М.: Машиностроение, 1980. – 511 с. 10. Электрошлаковая сварка. / Под ред. Б. Е. Патона. – М.: Машгиз, 1959. – 410 с. 11. Сварка в машиностроении: Справ.: в 4-х т. / Под ред. А. И. Акулова. – М.: Машиностроение, 1978. Т. 2. – 463 с