- Сведения об электродах
- Назначение материалов
- Классификация элементов
- Особенности эксплуатации
- Коротко о марках электродов
- Особенности покрытия электродов
- Какую роль выполняет покрытие
- Свойства компонентов покрытия
- Цвет электродов
- Как производится электродное покрытие
- Как влага влияет на материалы
- Основные типы электродов
- Кислые
- Основные (б)
- Целлюлозные (ц)
- Рутиловые (р)
- Дополнительные виды электродов
- Неплавящиеся электроды
- Плавящиеся электроды
- Электроды из цветмета
- Как выбирать электроды
Начинающему сварщику необходимо узнать, из чего состоит электрод и как правильно его выбрать. В случае ошибки даже опытный мастер не сможет выполнить шов качественно. Выпускается более 200 видов расходников под разные задачи.
Сведения об электродах
Изделие представляет собой стержень длиной 25-45 см из электропроводящего материала.
Назначение материалов
Сварочный электрод нужен для создания стабильного электродугового разряда.
Дуга возникает при следующих условиях:
- расходник и детали подключены к источнику тока;
- промежуток между ними составляет 2-4 мм.
Классификация элементов
Расходники делятся на типы:
- Плавящиеся. Снабжены покрытием, выполняющим защитную и другие функции.
- Неплавящиеся.
Первый тип по составу покрытия делится на виды:
- Кислые.
- Основные.
- Целлюлозные.
- Рутиловые.
Толщина покрытия характеризуется отношением диаметров D электрода и d стержня.
Различают 4 вида:
- Особо толстое — D/d больше 1,8.
- Толстое — менее 1,8.
- Среднее — менее 1,45.
- Тонкое — менее 1,2.
Особенности эксплуатации
По типу электрода подбирают ток:
- постоянный;
- переменный.
Первый вариант обеспечивает более высокое качество шва. Различают 2 подвида:
- Постоянный с прямой полярностью. Положительный полюс источника подключают к заготовке.
- С обратной полярностью. «Плюс» подключен к электроду.
От полярности зависит температура нагрева расходника и заготовки.
Различают 4 вида швов:
- Потолочные.
- Вертикальные снизу вверх.
- Те же в противоположном направлении.
- Нижние.
Некоторые электроды не позволяют выполнять потолочные и вертикальные швы из-за высокой текучести металла в сварочной ванне.
Надежность соединения зависит от следующих параметров:
- Силы тока.
- Длины дуги.
- Диаметра расходника.
- Скорости и характера его перемещения.
- Угла наклона к поверхности заготовок.
Длину дуги стремятся делать наименьшей. В противном случае происходит следующее:
- Металл расходника успевает окислиться за время пути к сварочной ванне.
- Дуга «гуляет» по стыку, что приводит к распределению тепла по большой площади. В результате уменьшается глубина провара, усиливается разбрызгивание основного материала (он отскакивает от нерасплавленной поверхности).
При большой величине промежутка между расходником и заготовкой шов получается грязным и неаккуратным.
Коротко о марках электродов
ГОСТ 9467-75 устанавливает единую буквенно-цифровую систему обозначения расходников.
Марку записывают в виде дроби, например:
- Числитель — Э46-МР-3 АРС-3-УД.
- Знаменатель — Е432(3)-Р21.
Первый символ числителя обозначает способ сварки. В данном случае — ручная дуговая (литера Э).
Далее указывают временное сопротивление наплавки разрыву в кгс/кв. мм. В указанном примере — 46. Если изделие придает шву повышенные прочность и пластичность, после числа ставят литеру «А» (например, Э50А).
Следующая позиция — марка электрода (МР-3).
АРС — сокращенное обозначение производителя (завод «Арсенал»).
3 — диаметр.
Следующий символ обозначает тип стали:
- У — углеродистую и низколегированную;
- Л — легированную;
- Т — теплостойкую;
- В — высоколегированную с особыми свойствами.
Литера «Н» на этом месте означает «наплавочный электрод». Такие изделия используются для восстановления стертых участков (например, седла вентиля).
Следующая буква обозначает толщину покрытия:
- М — тонкое;
- С — среднее;
- Д — толстое;
- Г — особо толстое.
Первый символ знаменателя — тип электрода по международной системе обозначений. В данном примере — плавящийся (литера E).
Далее указывают прочность на разрыв в десятках МПа. Для данного расходника это 430 (МПа).
Следующая цифра означает относительное удлинение расходника. 2 — это 24% и более.
Далее цифрой обозначают допустимую температуру. Например, 3 — до -20°С, 6 — до -50°С и т.д.
Следующим символом зашифрован тип покрытия:
- Р — рутиловое;
- А — кислое;
- Б — основное;
- Ц — целлюлозное.
Обмазку смешанного типа обозначают сочетанием букв. Например, РЦ расшифровывается как рутилово-целлюлозный.
Присутствие в покрытии железного порошка показывают литерой Ж: РЖ, АЖ и т.д.
Предпоследней цифрой в марке зашифрованы допустимые пространственные положения шва:
- 1 — все;
- 2 — все, кроме вертикальных в направлении сверху вниз;
- 3 — нижние, горизонтальные на вертикальной плоскости и вертикальные снизу вверх;
- 4 — нижние и нижние в лодочку.
Последняя цифра обозначает род тока. Например, 0 — постоянный обратной полярности («плюс» подключается к электроду), 1 — постоянный и переменный и т.д.
Особенности покрытия электродов
Обмазка — это твердое пористое вещество. Ей покрывают весь стержень за исключением крайнего участка длиной в 20-30 мм, предназначенного для фиксации в электрододержателе.
Какую роль выполняет покрытие
В результате сгорания смеси происходит следующее:
- Формируется облако из угарного и прочих газов. Они нужны для защиты расплава от окисления атмосферным воздухом.
- Образуются свободные ионы, поддерживающие горение дуги. Частицы выступают переносчиками заряда.
- Из стали удаляется кислород (происходит раскисление).
- Расплав насыщается легирующими элементами. Они улучшают свойства материала.
- Свежий шов покрывается шлаком. Он защищает металл от окисления атмосферным воздухом и замедляет его остывание. В результате газы и примеси успевают покинуть шов до кристаллизации, предотвращается появление трещин.
Перечисленные эффекты проявляются в разной степени в зависимости от вида обмазки.
Свойства компонентов покрытия
Для стабилизации дуги используются вещества с низким ионизационным потенциалом:
- Поташ, аммиачная селитра, хромат калия.
- Силикатный клей с натрием или калием (жидкое стекло). Одновременно играет роль связующего вещества.
- Бария карбонат.
- Титановый концентрат.
- Карбонат кальция (мел).
Облако защитных газов образуют компоненты:
- Целлюлоза.
- Декстрин.
- Пищевая и древесная мука.
- Крахмал.
- Мрамор.
Шлак образуется благодаря следующим элементам:
- Мрамору.
- Калию, полевому и плавиковому шпату.
- Мелу.
- Титановому концентрату.
- Кварцевому песку.
- Марганцевой руде.
- Рутилу, ильмениту.
Легирующие присадки:
- Титан.
- Кремний.
- Марганец.
- Хром.
- Ванадий.
- Графит.
- Молибден.
Для раскисления вводятся в виде ферритов следующие вещества:
- Алюминий.
- Титан.
- Молибден.
- Хром.
- Марганец.
- Графит.
Эти элементы активнее железа реагируют с кислородом, связывая его.
Помимо перечисленных компонентов, применяются и другие.
Для придания пластичности вводятся т.н. формующие добавки — бентонит и каолин.
Некоторые марки содержат железный порошок, увеличивающий коэффициент наплавки.
Цвет электродов
Обмазки имеют следующий окрас:
- Основные — бежевый или белый.
- Кислые — серый.
- Целлюлозные — светло-серый с коричневым оттенком.
- Рутиловые — серый, синий, зеленый или коричневый.
Приведенный перечень соответствует большинству изделий, но встречаются и зеленые основные расходники, белые кислые и т.д.
Как производится электродное покрытие
Оболочка изготавливается в следующем порядке:
- Компоненты перетирают в муку.
- Их просеивают через систему сит и смешивают с точным соблюдением пропорций.
- В сухую смесь вводят жидкое стекло (связующее).
- Покрытие тщательно перемешивают.
Применяют 2 способа нанесения обмазки на проволоку:
- опрессовку;
- окунание.
Необходимо точно соблюдать количество компонентов и равномерно распределять их. Поэтому для производства покрытия требуется специальное оборудование.
Как влага влияет на материалы
Все виды покрытия электродов из-за высокой пористости хорошо впитывают воду. В результате они теряют защитные и другие свойства, что приводит к ухудшению качества шва.
Необходимо делать следующее:
- Хранить изделия из открытой пачки в специальном герметичном пенале с теплоизолированными стенками, которые предотвращают конденсацию влаги.
- Перед работой подсушивать расходники в особых печах, соблюдая длительность и температуру, указанные на упаковке.
Если изделие не было использовано в течение 2-3 часов, его снова придется прокаливать.
Число процедур ограничено 3-4 (указано на упаковке). Многократный прогрев приводит к осыпанию покрытия.
Рабочие свойства рутиловой оболочки в полной мере проявляются при наличии небольшого количества влаги. Поэтому такие изделия сушат при температуре не выше +200°С, а к работе приступают только через сутки.
Основные типы электродов
Состав покрытия электродов оказывает существенное влияние на эксплуатационные характеристики расходника.
Кислые
В покрытиях этого типа шлакообразующими компонентами выступают оксиды железа и марганца, реже титана. Есть марки с добавлением кремнезема. С целью формирования газовой защиты в состав смеси вводят органические вещества: оксицеллюлозу, декстрин, крахмал.
Достоинства:
- Заготовки можно не зачищать от ржавчины и окалины. Поры в шве не образуются, поскольку шлаки кислых покрытий связывают окислы железа.
- Есть возможность варить длинной дугой (при повышенном напряжении). Некоторые другие расходники в таких условиях дают пористый шов.
- Стабильность дуги высокая, что позволяет выполнять сварку переменным током. Разряд легко зажигается повторно. Подходит трансформатор с относительно небольшим напряжением холостого хода — 60-70 В.
- Высокий коэффициент наплавки обеспечивает хорошую производительность. Для некоторых марок он достигает 11-12 г/А*ч.
- Швы можно выполнять во всех пространственных положениях.
Недостатки:
- Покрытие продуцирует большой объем свободного кислорода, связывающего легирующие элементы. Это не позволяет применять кислые электроды для сварки конструкций из высоколегированных марок стали.
- Органические компоненты насыщают наплавку водородом. Из-за этого расходники не подходят для закаливающихся сталей (высокоуглеродистых и легированных). Водород проникает в пришовную зону и лишает материал пластичности, вследствие чего появляются холодные трещины. Кроме того, в процессе кристаллизации он формирует поры: если доля кремния составляет более 0,1-0,2%, марганца — более 0,8-0,9% (раскисленная сталь).
- Выделяются газообразные соединения марганца, вредные для здоровья.
- Материал шва проявляет склонность к горячим трещинам при доле углерода в стали свыше 0,15%. По этой причине кислыми расходниками варят только низкоуглеродистые стали.
- Образуется большое количество брызг.
- Шов обладает низкой ударной вязкостью и проявляет склонность к механическому старению из-за насыщения его кислородом.
По химическому составу металл, наплавленный кислыми электродами из низкоуглеродистой сварочной проволоки, соответствует кипящей стали (доля кремния — ниже 0,1%). По его механическим свойствам расходники соответствуют значению Э38-Э42.
Изделия с кислым покрытием выпускают под марками ЦМ-7, СМ-5, ОММ-5, МЭЗ-4. Из-за высокой токсичности их применяют ограниченно. Рекомендуется замена на рутилово-кислые.
Основные (б)
В покрытии преобладают минералы с содержанием карбоната кальция и магния: мрамор, доломит, плавиковый шпат или магнезит. При сгорании содержащийся в них углерод превращается в углекислый и угарный газы. Одновременно образуются оксиды магния и кальция.
Достоинства:
- Отсутствие органического компонента. Благодаря этому металл не насыщается водородом, как в случае с другими типами обмазок. Уже имеющийся в расплаве данный элемент связывается фторидом кальция, содержащимся в покрытии. Это предотвращает охрупчивание стали, позволяя применять основные электроды для сварки закаливающихся марок (высокоуглеродистых и легированных). Такие расходники называют низководородистыми.
- Высокая ударная вязкость шва. Расходники подходят для изготовления конструкций, работающих при низких температурах и испытывающих динамические нагрузки.
- Более низкая, чем у других покрытий, склонность наплавленного металла к старению.
- Высокий коэффициент основности шлаков. Это обеспечивает хорошее усвоение легирующих элементов. Основные электроды — единственные из плавящихся, которые подходят для сварки высоколегированных сталей.
- «Короткие» шлаки. Они быстро твердеют при остывании, что позволяет выполнять вертикальные и потолочные швы.
- Высокая стойкость наплавки к образованию горячих трещин.
Последнее обстоятельство делает расходники с основным покрытием самыми подходящими для следующих задач:
- изготовления жестких конструкций;
- выполнения многослойных швов большой толщины;
- сварки стали с высоким содержанием углерода и серы.
Недостаток — низкая стабильность дуги. Содержащийся в обмазке фтор служит деионизатором. Поэтому электродами с основным покрытием варят преимущественно на постоянном токе обратной полярности. Исключением являются изделия с добавкой поташа или жидкого стекла, способные работать с переменным напряжением. Эти вещества служат источником калия и натрия — элементов с низким потенциалом ионизации. Поташ хорошо впитывает воду, для просушки требуется температура в 350-400°С.
Факторы повышенной пористости:
- Наличие на поверхности заготовок окалины и ржавчины. Шлаки основного покрытия не связывают окислы железа, и те вызывают нарушения в структуре металла.
- Влажность покрытия от 2-2,5%. Вода выступает источником водорода, который активно впитывается раскисленной сталью.
- Длинная дуга и большие зазоры. Ухудшается газовая защита материала, и он насыщается азотом. Помимо пористости, наблюдаются охрупчивание стали и склонность к старению.
По химическому составу металл, наплавленный электродом из низкоуглеродистой сварочной проволоки, соответствует спокойной стали (доля Si составляет 2-5%). По его механическим характеристикам расходники соответствуют обозначению Э42А-Э50А.
Марки электродов с основным покрытием: ЛКЗ-70, СМ-11, УОНИ-13/45, УОНИ-13/55, НИАТ-3М и др.
Изделиями УП-1/55 и УП-2/55 можно варить на переменном токе.
Целлюлозные (ц)
Данный вид покрытия сделан в основном из горючих органических веществ. В этом качестве используют целлюлозу, древесную и травяную муку. Добавляют тальк, органические смолы, ферросплавы.
Достоинства:
- Большой объем защитных газов и малое количество шлаков. Это позволяет выполнять качественные швы с низкой пористостью во всех пространственных положениях.
- Большая глубина провара. Она объясняется оттеснением металла из сварочной ванны потоком газов.
- Стабильное горение дуги.
Недостаток — повышенная разбрызгиваемость.
Большая глубина провара играет важную роль в следующих соединениях:
- в односторонних, выполняемых на весу;
- стыках трубопроводов (это формирует корень шва);
- в прочих, производимых в монтажных условиях.
Данный тип расходников не подходит для следующих конструкций:
- Выполненных из высокоуглеродистых и легированных сталей (склонных к закаливанию). Органическая составляющая насыщает металл в сварочной ванне водородом. Тот проникает в пришовную зону и лишает сталь пластичности, вследствие чего появляются холодные трещины.
- Сделанных из высокоуглеродистой стали с большой долей серы. Шов проявляет склонность к горячим трещинам.
- С жесткими требованиями к качеству сборки по зазорам.
Целлюлозным покрытием обладают электроды марок ОМА-2, ЦЦ-1, ВСЦ-2, ВСЦ-3, ВСЦ-4А, ВСЦ-60, ОМА-2. В основном они используются для сварки низкоуглеродистых сталей. При соединении заготовок из низколегированной стали с помощью таких расходников проваривают только корень шва.
Рутиловые (р)
Минерал рутил в основном состоит из диоксида титана. Кроме него, в обмазке присутствуют ферромарганец, кремнезем, мел или карбонат магния.
Достоинства изделия:
- Минимальное разбрызгивание.
- Легкое отделение окалины. Шов имеет аккуратный вид.
- Стабильность дуги, быстрое повторное зажигание. Это обеспечивает высокую производительность.
- Безопасность для здоровья сварщика.
- Универсальность. Выпускаются разновидности для любых задач, в т.ч. смешанные (рутилово-целлюлозные и др.).
- «Короткие» шлаки.
- Способность надежно соединять заготовки, покрытые ржавчиной, окалиной или грунтовкой (при толщине до 20-25 мкм).
- Стойкость к горячим трещинам.
- Плавный переход от шва к основному металлу. Благодаря этому соединения, испытывающие знакопеременные нагрузки, обладают высоким сопротивлением усталости.
По химическому составу материал, наплавленный изделиями из низкоуглеродистой сварочной проволоки, соответствует полуспокойной стали (доля Si составляет 0,1-0,2%). По его механическим свойствам электроды соответствуют обозначению Э42-Э46.
В большинстве случаев в качестве газообразующих вводятся органические присадки. Это приводит к насыщению расплава водородом и, как следствие, повышенной пористости шва. Данные показатели находятся в допустимых пределах, если покрытие не пересушено.
Для этого соблюдают условия:
- расходники прокаливают при температуре +200°С в течение 60 минут;
- к работам приступают спустя сутки после процедуры.
Прочие факторы повышенной пористости:
- чрезмерная сила тока;
- сварка тонкого металла расходниками большого диаметра;
- выполнение тавровых соединений с зазором.
Рутиловое покрытие имеют электроды марок МР-3, АНО-1, ОЗС-4, ОЗС-6, ЗРС-1, ЗРС-2.
Дополнительные виды электродов
Расходники делятся на группы по способу работы.
Неплавящиеся электроды
Изделия предназначены для автоматической и полуавтоматической сварки.
В рабочую зону подают:
- защитный газ (в большинстве случаев — аргон);
- присадочный материал.
Тугоплавкие расходники покрытия не имеют.
Они изготавливаются из следующих материалов:
- Вольфрама. Металл используется в чистом виде или с добавкой тория, лантана, церия, иттрия или циркония. Тип присадки определяют по цветовой маркировке.
- Искусственного прессованного графита.
- Электротехнического угля.
Неплавящимися расходниками варят:
- сталь;
- чугун;
- алюминий;
- медь;
- латунь;
- бронзу.
При сварке неплавящимся электродом на постоянном токе анодное пятно (со стороны «плюса») имеет более высокую температуру, чем катодное.
Поэтому для соединения тонкостенных заготовок используют обратную полярность: «+» подключают к расходнику. В противном случае металл прогорит.
Плавящиеся электроды
Изделия данного типа используются в ручной дуговой сварке.
В процессе работы материал стержня переносится в сварочную ванну.
Расходники изготавливают из сварочной проволоки Св-08 или Св-08А.
Используются следующие виды стали (всего 77 марок):
- углеродистая;
- легированная;
- высоколегированная.
Изделие подбирают в соответствии с материалом заготовок.
При сварке постоянным током более горячим является катодное пятно (со стороны «минуса»). Поэтому тонкостенные заготовки соединяют прямой полярностью: «-» подключают к расходнику.
Электроды из цветмета
Такие расходники используют для соединения заготовок из алюминия, меди, никеля, прочих цветных металлов и их сплавов. Подбирают стержень из того же материала, что и свариваемые детали.
Используют следующие марки:
- Алюминий — ОЗА-1 и ОЗА-2.
- Алюминиевые сплавы — АФ-4аКр и А-2.
- Медь, бронзу, латунь — МН-5, КМ-100, АМНЦ/ЛКЗ-АБ.
- Никель и его сплавы — ХН-1 или МЗОК.
Электроды для сварки алюминия делают из проволоки Св-А1 с галогенидным покрытием. Они подходят всем маркам металла.
Параметры процесса:
- постоянный ток;
- обратная полярность;
- нижнее пространственное положение шва.
Расходники КМ-100 и им подобные выполнены из медной проволоки и снабжены основным покрытием (фтористо-кальциевым). Оно характеризуется пониженным выделением кислорода, оказывающего разрушительное действие на металл. Возможно соединение меди с углеродистой сталью.
Параметры процесса:
- постоянный ток;
- обратная полярность;
- нижнее пространственное положение шва.
Электроды для контактной сварки тоже делают из меди или бронзы.
Расходники марки МЗОК и им подобные изготавливают из никелево-медной проволоки с покрытием основного типа.
Параметры процесса:
- постоянный ток;
- прямая и обратная полярность;
- любое пространственное положение шва.
Как выбирать электроды
Тип расходника определяется материалом конструкции и условиями ее эксплуатации.
Рекомендуются следующие марки:
Назначение электрода | Марка расходника |
Углеродистые и низколегированные стали | ОЗС-4, МР-3, АНО-4, GOODEL-OK46, ОЗС-6, ОЗС-12, ОЗС-21, МР-3С, АНО-21, АНО-6, АНО-25, УОНИ-13/45, УОНИ-13/55У, УОНИ-13/65, УОНИ-13/85, ЦУ-5, ВП-6 |
Конструкции, работающие при минусовых температурах и знакопеременных нагрузках | АНО-11, GOODEL-OK48, УОНИ-13/55 |
Трубопроводы | ТМУ-21У, GOODEL-52U |
Высоколегированные антикоррозионные стали | ОЗЛ-7, ОЗЛ-8, ЦЛ-9, ЦЛ-11, НЖ-13, ОЗЛ-17У, ЭА-400/10, ЭА-395/9, НИАТ-1, НИАТ-5 |
Жаростойкие и жаропрочные высоколегированные стали | ОЗЛ-6, ЦТ-15, ЦТ-28, ОЗЛ-25Б, АНЖР-1, АНЖР-2 |
Соединение разнородных сталей — низколегированных с хромоникелевыми аустенитными сталями | НИИ-48Г |
Работа с серым и ковким чугунами, заварка дефектов чугунного литья | ШЭЗ-Ч1, ОЗЧ-1, ОЗЧ-2, ОЗЧ-6 |
Холодная сварка конструкций из чугуна: высокопрочного с шаровидным графитом и серого — с пластинчатым | ЦЧ-4 |
Соединение, наплавка и заварка дефектов литых деталей из серого, ковкого и высокопрочного чугуна | МНЧ-2 |
Работа с медью и бронзой | «Комсомолец-100», АНЦ/ОЗН-3; ОЗБ-2М (для бронзы) |
Электродуговая наплавка | ОЗШ-1, ОЗШ-3, ВСН-10, ОЗН-300М, ОЗН-400М, ОЗН-6, ОМГ-Н, ЭН-60М, ОЗН-7, ОЗН-7М, НР-70, ЦН-6Л, ЦН-12М, ШЭЗ-Н13, 13КН/ЛИВТ, Т-590, Т-620, ЦНИИН-4, УОНИ-13/НЖ 20Х13 |
Наплавка поверхностей кузнечно-прессовой оснастки и деталей металлургического оборудования | ОЗШ-6, ОЗШ-8 |
Наплавка исполнительных деталей штампов холодной штамповки и горячей — с нагревом контактных поверхностей до 650°С | ОЗИ-3 |
Легированные теплоустойчивые стали | ТМЛ-1У, ТМЛ-3У, ЦЛ-39 |
Диаметр электрода подбирают по толщине заготовки:
Толщина заготовки, мм | Диаметр расходника, мм |
1,5-2 | 2 |
3 | 2,5 или 3 |
4-5 | 3 или 4 |
6-12 | 4 или 5 |
Более 13 | 5 или 6 |
Заготовки толщиной менее 1,5 мм вручную не сваривают.
С диаметром расходника взаимосвязана сила сварочного тока. Рекомендуемая величина указана на упаковке.
Примерные значения приведены в таблице:
Диаметр электрода, мм | 2 | 2,5 | 3 | 4 | 5 | 6 |
Сила тока, А | 40-64 | 65-80 | 70-130 | 130-160 | 180-210 | 200-350 |
По требуемой силе тока выбирают сварочный аппарат.