Использование: электродуговая сварка и наплавка, а именно производство электродов из композиционной проволоки с использованием тугоплавких металлов. Сущность изобретения: плавящийся электрод для электродуговой сварки и наплавки выполнен в виде стального стержня с сердечником диаметром 0,07-0,5 диаметра электрода. При этом сердечник выполнен из тугоплавкого металла – титана или циркония. Задача, решаемая изобретением: снижение величины критического тока, при котором обеспечивается струйный перенос электродного металла, и упрощение технологии изготовления плавящегося электрода. 1 табл.
Изобретение относится к электродуговой сварке и наплавке, конкретнее к производству электродов, используемых для сварки металлоконструкций и при упрочнении и восстановлении быстроизнашиваемых деталей оборудования и инструмента.
Известна конструкция плавящегося электрода в виде стального стержня с покрытием из тугоплавкого металла, например из титана, который обеспечивает снижение разбрызгивания металла при сварке в среде углекислого газа за счет струйного переноса электродного металла (SU, авт. св. N 1061962, кл. B 23 K 35/02, 1983).
Известный электрод обладает недостатками: струйный перенос электродного металла достигается лишь на сварочном токе выше его критического значения. При диаметре известного электрода 2 мм и напряжении на дуге 30-32 В критическое значение тока составляет . Столь высокое значение критического тока ограничивает реализации достигаемого преимущества известного электрода лишь при сварке металла больших толщин.
Кроме того, покрытие из титана наносится на проволоку дорогостоящим методом вакуумного испарения, что существенно снижает экономическую эффективность известного электрода.
Технический результат изобретения снижение величины критического тока, а также упрощение технологии его изготовления.
Результат достигается тем, что в плавящийся электрод для электродуговой сварки и наплавки, выполненный в виде стального стержня с использованием тугоплавкого металла, последний, согласно изобретению, введен в виде сердечника, диаметр которого составляет 0,07-0,5 диаметра электрода, при этом в качестве тугоплавкого металла использован титан или цирконий.
Титан и цирконий имеют более высокую температуру плавления, чем сталь и легко растворяются в расплавленном железе, поэтому в процессе сварки как в среде аргона, так и в среде углекислого газа, предлагаемым электродом, возникают физические процессы, вызывающие появление конуса на торце электрода и струйный перенос электродного металла при низких критических значениях тока.
В начальный момент горения дуги скорость плавления тугоплавкого сердечника ниже скорости плавления оболочки, поэтому сердечник выдвигается из торца электрода, образуя конус. Расплавленный металл оболочки стекает по поверхности конуса, растворяет в себе металл сердечника и переносится через дугу в виде струи. За счет растворения тугоплавкого металла, а также в связи с концентрацией тепловыделения на вершине конуса скорости расхода сердечника и плавления оболочки выравниваются. Таким образом возникает саморегулирующаяся система, стабильно поддерживающая конус на торце электрода и струйный перенос электродного металла в течение всего времени сварки. Обнаруженный эффект действует при изменении диаметра тугоплавкого сердечника в пределах от 0.07 до 0.5 диаметра электрода. Если диаметр сердечника меньше 0,07 диаметра электрода, то конус на торце электрода не возникает и при переносе электродного металла появляются короткие замыкания. При увеличении диаметра сердечника более, чем 0,5 диаметра электрода, сердечник выдвигается далеко от торца электрода, и перенос электродного металла становится крупнокапельным с короткими замыканиями.
Сварочная дуга со струйным переносом электродного металла обладает наилучшими технологическими свойствами, так как обеспечивает минимальное разбрызгивание, бездефектный наплавленный металл и его хорошее формирование.
Предлагаемый электрод изготовляется обычным методами прокатки и волочения проволоки из биметаллической заготовки, исключая дорогостоящие приемы последующей тщательной очистки ее поверхности и вакуумного нанесения на нее тугоплавких покрытий.
Тугоплавкие металлы титан и цирконий по сравнению с такими, как молибден, обладают повышенной пластичностью при нормальной температуре, и особенно при нагреве более 600 o C. Это повышает качество биметаллического электрода и упрощает технологию его изготовления.
Титан и цирконий обладают высокой химической активностью в расплавленном состоянии, интенсивно взаимодействуя с кислородом и азотом, поэтому в металл шва переходит лишь 0,05-0,3 от их содержания в электроде, остальная часть в виде продуктов химического взаимодействия переходит в шлак. Это свойство данных тугоплавких металлов по сравнению с такими, как молибден, позволяет расширить область применения электродов с тугоплавким сердечником. Они могут применяться, например, для сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей, вместо таких проволок (Св 08ГСМТ, Св 15СТЮЦА, Св 20ГСТЮА), когда содержание титана и циркония в швах рационально лишь в малых количествах 0,01-0,2% для сварки аустенитных сталей типа X18H10T; для наплавки износостойких слоев типа 25X10Г10Т и др.
Теплофизические, механические и химические свойства титана и циркония используются в изобретении для существенного улучшения технологических свойств электродов, упрощения технологии их изготовления.
Для испытаний электрода методом горячей прокатки и волочения из биметаллических заготовок были получены композиционные проволоки сплошного сечения диаметром 1,6 км, состоящие из тугоплавкого сердечника из титана или циркония и оболочки из сталей 08Г2С, 04Х19Н9 и У12А (см. таблицу).
Опытные наплавки производили полуавтоматом в среде углекислого газа или аргона на постоянном токе обратной полярности. Процесс осциллографировали с помощью прибора С1-74, замеряли ток и напряжение на дуге. Скорость подачи проволоки изменяли в пределах от 100 до 500 м/ч, напряжение от 19 до 30 В, сварочный ток от 100 до .
Результаты опытов показали, что процесс сварки предлагаемым электродом характеризуется отсутствием коротких замыканий при частоте перехода капель от 170 до 320 1/С, отсутствием разбрызгивания как при сварке в аргоне, так и при сварке в среде углекислого газа. В отличие от известного электрода струйный перенос начинается при минимальных токах и минимальном напряжении на дуге (17-19 В), причем сразу наблюдается максимальная частота перехода капель 300-320 1/С. С ростом напряжения частота перехода капель уменьшается до 170-180 1/С, но процесс также идет без коротких замыканий. При изменении диаметра тугоплавкого сердечника ниже 0,07 и более 0,5 диаметра электрода струйный перенос электродного металла нарушается.
Химический анализ четвертого слоя наплавленного металла показал, что при использовании оболочки из стали 08Г2С содержание титана и циркония составляет 0,014-0,020% что соответствует их содержанию в проволоках (Св 08ГСМТ, Св 15 СТЮЦА, Св 20ГСТЮА (ГОСТ 2246-70). Эти марки сварочных материалов могут быть получены в виде композиционной проволоки по изобретению.
При использовании оболочки из стали 04Х19Н9 и сердечника из титана доказана возможность получения композиционных электродов типа Х18Н10Т, 08Х20Н9Г7Т, так как содержание титана в наплавке составило 0,45% что соответствует требуемому. Опыты 4,5 (см. таблицу) подтвердили возможность получения композиционных электродов со струйным переносом, которые обеспечивают наплавку твердых высокоизносостойких слоев за счет использования высокоуглеродистой оболочки и материала сердечника, являющегося сильным карбидообразователем.
Испытания показали, что достигается снижение величины критического тока, при котором наблюдается струйный перенос электродного металла при сварке, а также упрощение технологии изготовления электрода с использованием тугоплавкого металла.
Плавящийся электрод для электродуговой сварки и наплавки, выполненный в виде стального стержня с использованием тугоплавкого металла, отличающийся тем, что тугоплавкий металл введен в виде сердечника, диаметр которого составляет 0,07 0,5 диаметра электрода, при этом в качестве тугоплавкого металла использован титан или цирконий.
Неплавящиеся электроды
К атегория:
Электроды для дуговой сварки
Неплавящиеся электроды
Неплавящийся электрод или совсем не плавится в процессе дуговой сварки, или, если и плавится, то незначительно, и его материал не принимает существенного участия в образовании наплавленного металла и сварного шва.
Сварка ненлавящимся угольным электродом является старейшим способом дуговой сварки, первым изобретением Н. Н. Бенардоса. Известно несколько видов неплавящихся электродов, пригодных для использования в дуговой сварке. Угольные электроды представляют собой стержни из электротехнического угля, изготовляемого прессованием порошкообразной смеси из кокса и сажи, замешанных на каменноугольной смоле. После прессования стержни длительно обжигают в специальных печах без доступа воздуха. Они матово-черного цвета, твердые.
Длительным обжигом при очень высоких температурах уголь может быть превращен в кристаллическую разновидность – графит. Электроды из графита значительно лучше угольных, у графита выше электро- и теплопроводность, и он окисляется на воздухе медленнее, чем уголь, поэтому во всех случаях графитные электроды, производимые нашей промышленностью, следует предпочитать угольным. Графит темно-серого цвета с металлическим отблеском, мягок, оставляет следы на бумаге, как мягкий карандаш.
Уголь или графит – это единственный настоящий неплавящийся электрод. Уголь может быть расплавлен только при очень высоком давлении; под атмосферным давлением при нагревании До температуры 4800° С уголь не плавится, и испаряясь, переходит из твердого состояния непосредственно в газообразное. Проводились многократные опыты создания неплавящихся электродов из тугоплавких соединений, например карбидов; пока такие опыты не дали существенных результатов. Широко применяются электроды из вольфрама, самого тугоплавкого металла; темпе-Ратура его плавления 3370 °С, кипения – около 6000 °С.
Неплавящийся электрод может быть создан из такого легкоплавкого металла, как медь (температура плавления 1080 °С). В данном случае используется высокая теплопроводность меди. Медный стержень диаметром 15-20 мм с концом, заточенным на конус, может служить неплавящимся катодом дуги на токах до 15-20 а. Незначительное местное оплавление электрода далее не распространяется; охлаждаемый проточной водой он стоек на токах до 50-60 а. Совершенно исключительную стойкость в дуге, горящей на воздухе, имеет водоохлаждаемый медный электрод, снабженный на рабочем конце вставкой из металла циркония; здесь возможны токи до 300-600 а, дающие совершенно незначительный износ электрода. Цирконий не является особенно тугоплавким металлом (температура плавления 1930 °С, кипения 2900 °С); возможно, что его исключительная стойкость в качестве водоохлаждаемого катода дуги объясняется образованием поверхностной пленки окислов и нитридов циркония, защищающей электрод от воздействия воздуха и достаточно электропроводной для прохождения тока дуги.
Неплавящийся электрод применяется для сварки в основном металлов малых толщин, менее 1 мм, на воздухе без особой защиты и в различных защитных газах, а также для резки металлов, пайки, термообработки. Неплавящийся электрод широко используется в плазмотронах и горелках для получения плазмы для сварки и других целей.
Рис. 1. Сварка угольной дугой
Неплавящиеся электродные стержни изготовляются дз чистого вольфрама, из вольфрама с присадками окислов тория, лантана или иттрия, электротехнического угля и прессованного графита.
Вольфрам – тугоплавкий металл (температура плавления 3410 °С), имеет достаточно высокую электропроводность и теплопроводность. При сварке вольфрамовым электродом на постоянном токе применяется прямая полярность.
Для электродов применяют стержни следующих марок: ЭВЧ – электродный вольфрам чистый; ЭВЛ -10 и ЭВД -20 – электродный вольфрам с присадкой 1-2% окиси лантана; ЭВТ -15 — электродный вольфрам с окисыо тория; ЭВИ -30 – электродный вольфрам с 1,5-2% окиси иттрия. Присадки к вольфраму понижают потенциал ионизации и способствуют устойчивому гор нию дуги, а также позволяют увеличивать плотность тока на электроде. Для избежания окисления вольфрамового электрода сварка производится в инертном газе. Диаметр вольфрамовых электродов составляет 2-10 мм в зависимости от силы сварочного тока.
Металлические электроды, предназначенные для дуговой сварки, наплавки и резки металлов, как правило, имеют специальные покрытия (обмазки). Назначение покрытий – повышение устойчивости или стабилизации сварочной дуги и улучшение качества наплавленного металла. Устойчивость дугового разряда повышают различные соединения щелочных и щелочно-земельных металлов, как-то: калиевая селитра, поташ, хромовокислый калий, кальцинированная сода, углекислый барий или кальций (мел) и пр.
Механические свойства сварных швов, полученных при сварке электродами с тонкими стабилизирующими покрытиями (электроды с меловым покрытием или марки К3) весьма низкие. Объясняется это тем, что незначительные количества стабилизирующих веществ, находящихся на электродах указанного типа, не предохраняют расплавленный металл электродного стержня от окисления и азотирования, поэтому эти электроды имеют весьма ограниченное применение.
Для повышения механических свойств наплавленного металла на электродные стержни наносят так называемые толстые, или качественные, покрытия. Характерной особенностью толстопокрытых электродов является наличие на их поверхности слоя толщиной от 0,5 до 2 мм на сторону, что составляет от 20 до 40% веса металла электрода.
Составляющие толстых электродных покрытий обычно делят на следующие группы: 1) шлакообразующие; 2) газообразующие; 3) раскислители; 4) легирующие, 5) клеящие или связующие. Шлакообразующие и клеящие вещества, а также раскислители входят почти во все качественные, или толстые, покрытия.
Шлакообразующие составляющие служат для защиты расплавленного металла от воздействия кислорода и азота воздуха, образуя шлаковые оболочки вокруг капель электродного металла, проходящих через дугу, а также шлаковый покров на поверхности наплавленного металла шва. Шлаковый покров служит также для замедления скорости остывания, что способствует выделению из шва неметаллических включений и улучшает условия кристаллизации металла сварного шва.
Шлакообразующая часть покрытия состоит в основном из окислов металлов и неметаллов, которые обычно вводятся в покрытие в виде титанового концентрата (ильменита), марганцевой руды (пирролюзита), полевого шпата, мрамора, мела, каолина, кварцевого песка, доломита и других компонентов. В состав шлакообразующей части покрытия входят также вещества, повышающие устойчивость горения сварочной дуги.
Газообразующие составляющие образуют при сгорании (плавлении) покрытия газовую защитную атмосферу, состоящую из окиси углерода и некоторых углеводородов, предохраняющую расплавленный металл от кислорода и азота воздуха. Газообразующие составляющие вводятся в покрытия в виде органических соединений: древесной муки, хлопчатобумажной пряжи, крахмала, пищевой муки, декстрина, оксицеллюлозы и т. д.
Раскислителями служат элементы, обладающие большим сродством к кислороду, нежели железо. К ним относятся: марганец, кремний, титан, алюминий и др. Эти элементы, находясь в расплавленном металле сварного шва, легче вступают в химические соединения с кислородом, благодаря чему они отбирают кислород от окислов железа и, будучи сами нерастворимыми в стали или обладая ограниченной растворимостью, в виде окислов всплывают на поверхность сварочной ванны. Большинство раскислителей, как, например, марганец, кремний и титан, в электродные покрытия вводятся не в чистом виде, а в виде сплавов с железом, т. е. в виде ферросплавов. Алюминий применяется в виде металлического порошка или в виде ферроалюминия.
Наиболее дешевым и чаще всего применяемым раскислителем является ферромарганец. Легирующие элементы вводятся в покрытие для придания специальных свойств наплавленному металлу, т. е. для повышения механических свойств, износостойкости, жаростойкости, сопротивления коррозии и т. п. Часто применяются следующие легирующие элементы: марганец, молибден, хром, никель, вольфрам, титан и др.
Клеящие вещества (связующие) применяются для скрепления составляющих покрытия между собой и со стержнем электрода. В качестве клеящих веществ так же, как и при изготовлении тонкопокрытых электродов, применяют жидкое стекло, декстрин, желатин и др. Наибольшее применение имеет жидкое стекло.
Для изготовления стальных электродов служит специальная сварочная проволока, которая согласно ГОСТ выпускается диаметром 0,3; 0,5; 0,8; 1; 1,2; 1,6; 2; 2,5; 3; 4; 5; 6; 8; 10; 12 мм пятидесяти шести марок, отличающихся одна от другой химическим составом. Первые пять марок проволоки изготовляются из углеродистой стали, следующие двадцать три марки – из легированной и остальные двадцать восемь – из высоколегированной.
Проволока первых пяти марок имеет самое широкое применение при изготовлении электродов для ручной и в виде проволоки для автоматической сварки низко- и среднеуглеродистых и низколегированных сталей. Остальные марки проволоки, металл которых представляет собой различные легированные стали, применяют для специальных легированных и высоколегированных марок сталей.
Согласно ГОСТ, который распространяется только на электроды для дуговой сварки и наплавки сталей, стальные электроды по своему назначению подразделяются на три вида: а) электроды для сварки конструкционных сталей; 5) электроды для сварки легированных сталей с особыми свойствами; в) электроды для наплавки поверхностных слсев с особыми свойствами. Для сварки конструкционных сталей применяют 13 типов электродов: Э34; Э38; Э42; Э42А; Э50; Э50А; Э55; Э55А; Э60; Э60А; Э70; Э85 и Э100 (цифры 34, 38 и т. д. соответствуют гарантированной величине предела прочности, индекс А обозначает повышенные пластические свойства металла шва).
Электроды Э34; Э38; Э42; Э42А предназначены для сварки конструкционных низкоуглеродистых и низколегированных сталей; Э50; Э50А; Э55; Э55А; Э60; Э60А – конструкционных среднеуглеродистых и низколегированных сталей, а Э70; Э85 и Э100 – конструкционных сталей повышенной прочности.
Для сварки легированных сталей применяются электроды 15 типов: ЭП50, ЭП55, ЭП60, ЭП70 – для сварки перлитных жаропрочных сталей; ЭА1, ЭА1Б, ЭА1Г, ЭА1М, ЭА2, ЭА3, ЭА4 – для аустенитных жаропрочных и жаростойких нержавеющих сталей (ЭА1Г, ЭА2 и ЭА3 применяются также для сварки конструкционных специальных сталей) и электроды ЭФ13; ЭФ17, ЭФ25 и ЭФ30 – для сварки высокохромистых ферритных и феррито-мартенситных жаростойких и нержавеющих сталей.
Для наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами применяют электроды 11 типов, в том числе электроды с индексом HP – наплавочные режущие (ЭНР62) для наплавки режущего инструмента; электроды с индексом НГ – наплавочные горячие (ЭНГ35; ЭНГ40; ЭНГ50) для наплавки износостойких поверхностей, работающих при повышенных температурах, электроды с индексом НХ – наплавочные холодные (ЭНХ20; ЭНХ25; ЭНХ30; ЭНХ45; ЭНХ50) для наплавки износостойких поверхностей, работающих при обычных температурах; электроды с индексом НЭ – наплавочные эрозиостойкие (ЭНЭ35; ЭНЭ45) для наплавки эрозиостойких поверхностей, работающих при высоких температурах в агрессивных средах.
Двузначные числа в обозначении электродов соответствуют гарантированной твердости по Роквеллу (HRC) наплавленного металла без термической обработки. Наиболее применимы электроды марок ОММ-5, ЦМ-7 и МЭ3-04, покрытия которых содержат ферромарганец, кислородосодержащие руды (марганцевую, железную, титановую) и органические составляющие, а также УОНИ-13/45; УП-1/45 и другие, основой покрытий которых является мрамор и плавиковый шпат, а в качестве раскислителей служат: ферротитан, ферросилиций и ферромарганец.
В 1954 г. Днепропетровским опытным электродным заводом по типу электродов УОНИ-13 разработана новая марка электродов СМ-11, хорошо зарекомендовавшая себя высокими технологическими свойствами. В 1956-1957 гг. для сварки трубопроводов ВНИИСТ разработал электроды марки ВСР-50 с покрытием основного типа, содержащим значительное количество рутила. Двуокись титана, составляющая свыше 90% состава рутила, сообщает электродам ряд ценных свойств, как-то: способствует более стабильному горению дуги, образует легко отделяемые шлаки, хорошо формирующие шов во всех пространственных положениях и т. п. Покрытие электродов ВСР-50 менее тугоплавко, чем у электродов УОНИ-13, что снижает склонность к образованию односторонних козырьков и улучшает качество сварных швов паи потолочной сварке.
В ЦНИИТМАШе для сварки малоуглеродистых сталей в 1953 г. разработаны рутиловые электроды марки ЦМ-Э. Единственной маркой электродов с газозащитным покрытием, которые имеют промышленное применение, являются электроды марки ОМА-2, используемые для сварки сталей малых толщин. Для сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей ВНИИСТ разработал электроды марок ВСП-16 и ВСП-16М с пластмассовым покрытием, в котором органическая смола играет роль газообразующего и связующего компонента. Покрытие этих электродов обладает малой чувствительностью к увлажнению и имеет высокую механическую прочность.
Для сварки среднеуглеродкстых и низколегированных сталей широко применяют электроды Уралмашзавода марки К-51, К-52, Челябинского тракторного завода марки У-55, Днепропетровского электродного завода марки ДСК-50, типа УОНИ-13/55 и др. Высокое качество наплавленного металла, в особенности ударной вязкости, доходящей до 37,5 кгм/смг, обеспечивают электроды Шанхай-57-1, разработанные в 1957 г. Шанхайским электродным заводом. Покрытие этих электродов построено на основе системы мрамор-плавиковый шпат.
Для сварки высокоуглеродистых и легированных сталей повышенной прочности используют электроды марок К-70; К-80; ЦЛ-18; У-340-85; ВИ-10-6; НИИ-3 и др., содержащие в покрытии также мрамор и плавиковый шпат. Некоторые марки этих электродов (НИИ-3) позволяют получать после соответствующей термообработки высокий предел прочности сварных швов, достигающий до 150 кг/мм2.
Для сварки легированных перлитных жаропрочных сталей ЦНИИТМАШем создано значительное число марок электродов, предназначенных для изготовления сварных конструкций, работающих в условиях высоких температур (до 600°). К этой группе относятся электроды: ЦУ-2М; ЦЛ-14; ЦУ-2М-Х; ЦЛ-12; ЦЛ-13; ЦЛ-17 и др.
Для сварки высоколегированных хромоникелевых аустенитных жаропрочных, окалиностойких и нержавеющих сталей широко применяются электроды марок ЦЛ-2-Б2; ЦЛ-2М; ЦЛ-2АЛ; КБ3-М; НИАТ-1; ЭНТУ-3; ЦЛ-24; ЦЛ-9; ЦЛ-11; ЦТ-7; ЦТ-13; ЦТ-14; ЦТ-15; КТИ-5; КТИ-6; КТИ-7; НИАТ-5; АЖ-13-15; АЖ-13-18 и др., разработанные ЦНИИТМАШем (электроды марок ЦЛ и ЦТ), киевским заводом «Большевик» (ЦЛ-2-Б2 и КБ3-М); МВТУ им. Баумана (электроды ЭНТУ-3), Центральным научно-исследовательским котлотурбинным институтом им. Ползунова (электроды марок КТИ) и другими организациями.
Большинство указанных марок электродов, особенно разработанных за последние годы, обеспечивает в сварных швах некоторое количество феррита, противодействующего образованию горячих или так называемых кристаллизационных трещин. Однако созданы электроды марок НИ-5, АЖ-13-15 и АЖ-13-18, дающие полностью аустенитный наплавленный металл и обеспечивающие в то же время чрезвычайно высокую устойчивость против образования горячих трещин. Достаточная сопротивляемость наплавленного металла образованию горячих трещин при сварке, например электродами АЖ-13-15 и АЖ-13-8, достигается за счет исключения бора и легирования небольшими количествами углерода (0,14-0,18%) и ниобия (1,4-1,8%) при повышенной чистоте металла проволоки и компонентов покрытия (по вредным примесям).
Для наплавки режущего инструмента (резцы, червячные и дисковые фрезы, ножи и пр.) применяют электроды марок ЦИ-1М; ЦИ-1У; ЦИ-1Л; И-1; И-2; ЦН-5; Т-216; Т-293 и др., обеспечивающие твердость наплавленного металла после соответствующей термообработки в пределах HRC 57-65. Твердость указанной величины достигается за счет легирования металла наплавок через покрытие или электродные стержни вольфрамом, хромом, углеродом и ванадием.
Для наплавки штампов и другого кузнечно-прессового оборудования, требующего твердости наплавленного металла в пределах HRC 40-60, широко применяют электроды марок Т-540; Ш-7; Ш-16; ЦН-4; НЖ-2; ЦИ-1М; ЦС-1 и др. Легирование наплавленного металла при наплавке этими электродами осуществляется главным образом хромом, углеродом и марганцем.
Наплавку деталей, изготовленных из высокомарганцовистой стали Гадфильда производят электродами марок ОМГ и ОМГ-Н, разработанными Опытным электродным заводом МПС; 12АН/ЛИИВТ, разработанными Ленинградским институтом инженеров водного транспорта; МВТУ-1, разработанными Московским высшим техническим училищем им. Баумана и др. Особенно хорошие результаты получаются при наплавке электродами марок ОМГ-Н, обеспечивающими получение в наплавленном металле хромоникельмарганцовистого аустенита. Присадка в наплавленный металл никеля и хрома производится как через электродные стержни, так и через электродное покрытие.
Для наплавки износоустойчивых поверхностей типа железнодорожных рельсовых концов и крестовин, бандажей, деталей сельскохозяйственных машин, автотракторных деталей и других, требующих наплавленного металла средней твердости, находящейся в пределах НВ 250-400, широко применяют электроды марок О3Н-250; О3Н-300; О3Н-350; О3Н-400 Опытного электродного завода МПС; К-2-55 Киевского политехнического института и др. Необходимая твердость и определенные механические свойства наплавленного металла достигаются за счет его легирования марганцем или марганцем и хромом.
Быстроизнашивающиеся детали дробильно-размольного оборудования, землеройных и строительно-дорожных машин, оборудования электростанций и прочие, требующие при наплавке металла высокой твердости порядка HRC 58-64, наплавляются электродами инженера Конторова марок Т-590 и Т-620; электродами Ленинградского института инженеров водного транспорта марки 13КН/ЛИИВТ, а также электродами марок БХ-2; ХР-1У и др. Высокая твердость наплавок в этом случае обеспечивается присадкой в наплавленный металл хрома, углерода и бора.
Для наплавки уплотнительных поверхностей пароводяной арматуры, работающей при высоких параметрах пара ЦНИИТМАШем разработаны электроды марок ЦН-1; ЦН-2 и ЦН-3. Наилучшие результаты при наплавке указанных деталей дают электроды марки ЦН-2, стержень которых представляет собой кобальтовый сплав типа ВЗК-ЦЭ.
Наибольшее применение для горячей и полугорячей сварки чугуна получили чугунные электроды марки ОМЧ-1. Для холодной сварки чугуна используются стальные электроды с покрытием типа УОНИ-13, медностальные разных марок, особенно марки О3Ч-1, в покрытии которых содержится железный порошок, железо-никелевые электроды марки ЦЧ-3А, стальные ЦЧ-4 и др.
Лучшими электродами для холодной сварки чугуна являются желе-зоникелевые электроды с фтористо-карбонатным покрытием марки ЦЧ-3А, разработанные ЦНИИТМАШем и аустенитно-медные электроды марки АН-1, разработанные институтом Электросварки им. акад. Е. О. Патона. Электроды марки АН-1 имеют хромоникелевый стержень в медной оболочке, на которой находится покрытие типа УОНИ-13.
Для сварки меди и медноникелевых сплавов служат электроды марок 3Т; КОМ-1; ММ3-1 и ММ3-2. В состав покрытий указанных марок электродов входят различные раскислители (ферромарганец, ферросилиций, алюминий, углерод и пр.) и шлакообразующие компоненты.
Сварка бронз производится электродами, имеющими покрытия марок ММ3-2; БР-1/ЛИИВТ; Бр-2/ЛИИВТ и др. В качестве материала для электродов используют бронзовые прутки, на которые наносят покрытия, содержащие мрамор, плавиковый шпат и различные раскислители (ферросилиций, ферротитан и др.). Покрытия других марок электродов состоят из криолита, хлористого калия, хлористого натрия и древесного угля.
Электроды для сварки латуни имеют электродные стержни примерно того же состава, что и основной металл. В состав покрытия данного типа электродов так же, как и в покрытия электродов, предназначенных для сварки меди или сварки бронзы, входят различные шлакообразующие компоненты и раскислители.
Дуговая сварка алюминия металлическими электродами (ВАМИ; АФ1; МАТИ и др.) дает хорошие результаты только с применением хлористых и фтористых соединений лития, калия или натрия. Поэтому основой покрытия всех марок электродов, применяемых для сварки алюминия является криолит, хорошо растворяющий тугоплавкие окислы алюминия.
Сварку никеля, нихрома и никельмолибденового сплава выполняют электродами, разработанными НИИХИММАШем. Для дуговой, воздушно-дуговой и кислородно-дуговой резки сталей и чугуна применяют стальные стержневые электроды, большинство покрытий которых содержит марганцовую руду. При высокой температуре дуги марганцовая руда разлагается и из нее выделяется свободный кислород, который значительно улучшает процесс дуговой резки.
В покрытия других марок электродов, например марки АНР, дополнительно вводят декстрин. При сгорании декстрина в сварочной дуге возрастает газовое дутье, которое еще больше усиливает процесс дуговой резки металла.
Для подводной сварки электроды могут иметь такой же состав покрытия, как и электроды, применяемые для сварки в обычных условиях (электроды марки УОНИ-13/45П; ЦН-П и др.). В состав покрытий некоторых других марок электродов дополнительно вводятся сильно действующие стабилизирующие вещества, такие, как красная кровяная соль (электроды 27-09; ЛПС-3; ЛПС-4), двуокись титана и повышенное количество жидкого стекла (электроды ЛПС-5) и т. п.
Для сохранения электродного покрытия в воде от разрушения электроды после прокалки покрываются водонепроницаемым слоем. Лучшим водонепроницаемым покрытием, обладающим достаточной прочностью при хранении и транспортировке, а также стойкостью в морской и речной воде, является кузбасслак. Покрытие кузбасслаком производится методом окунания электродов с последующей сушкой на воздухе.
Для подводной кислородной дуговой резки металла используются трубчатые стальные электроды, имеющие наружный диаметр 7-8 мм и диаметр отверстия трубки 2-3 мм. На трубчатые электроды наносятся покрытия, основным назначением которых является создание устойчивого горения дуги и сохранения водонепроницаемости. Лучшим покрытием для этой цели служит крафт-бумага, наклеенная на электродные стержни при помощи жидкого стекла. Последнее выполняет роль не только клеящего вещества, оно одновременно создает хорошую устойчивость дугового разряда. Для электрокислородной резки металла в морской и речной воде на различных глубинах хорошо зарекомендовали себя также электроды марки ПРТ.
Как известно любому специалисту, для сварки, выполняемой в среде аргона, применяются вольфрамовые электроды, которые относятся к категории неплавящихся. Они отличаются большим разнообразием типов, определить каждый из которых помогает маркировка, наносимая на эти изделия в процессе производства.
Разбираемся в характеристиках вольфрамовых электродов
Вольфрамовые электроды – это тугоплавкие стержни, при помощи которых формируется электрическая дуга, необходимая для расплавления кромок соединяемых деталей и присадочного материала в процессе сварки. Используются такие электроды преимущественно для сварки в защитной среде аргона. С их помощью выполняют сварку различных конструкций, включая трубчатые. Вольфрам для этого выбран совсем не случайно, ведь именно он является самым тугоплавким металлом из всех имеющихся в природе.
Требования к маркировке, наносимой на стержни из вольфрама в процессе их производства, оговариваются в международных стандартах, что позволяет причислить эти изделия к определенному типу, в какой бы стране мира они ни были произведены. Согласно этим требованиям, в маркировке электрода должен быть отражен не только его тип, но и химический состав.
Определить вольфрамовые электроды можно по первой букве «W» (вольфрам), включенной в их обозначение. В составе большей части таких прутков присутствует небольшое количество легирующих добавок. Последние улучшают технические характеристики изделия и увеличивают срок его эксплуатации. О виде легирующего элемента, который содержится в вольфрамовом электроде, говорит вторая буква в маркировке.
В обозначении вольфрамовых прутков можно встретить следующие буквы, которые указывают на определенные легирующие добавки.
С (оксид церия)
Вольфрамовые электроды, содержащие данную легирующую добавку, являются универсальными изделиями, они используются для сварки любым типом тока, поддерживают стабильное горение дуги даже при небольших его значениях.
Z (оксид циркония)
Электроды из вольфрама, содержащие оксид церия, используются для сварки, осуществляемой на переменном токе. Применяя их, необходимо очень внимательно следить за тем, чтобы сварочная ванна не подвергалась даже минимальным загрязнениям. Дуга, создаваемая при помощи таких прутков, отличается стабильностью и высокой мощностью. По сравнению с изделиями других типов, вольфрамовые электроды с оксидом циркония способны выдерживать значительные токовые нагрузки.
L (оксид лантана)
Изделия, содержащие в своем составе данную легирующую добавку, обеспечивают легкий розжиг сварочной дуги и ее высокую устойчивость, а также быстрое повторное зажигание. При использовании таких прутков уменьшается риск прожига соединяемых деталей, значительно увеличивается рабочий ток. Эти электроды относятся к долговечным, они меньше загрязняют сварочную ванну, если сравнивать их с изделиями из чистого вольфрама.
T (оксид тория)
Электроды из вольфрама, содержащие в своем составе оксид тория, являются очень популярными, так как обладают массой достоинств. Чаще всего такие изделия используют для соединения заготовок из нержавеющей стали, производимой на постоянном токе. Между тем есть у этих вольфрамовых электродов и ряд недостатков. При их использовании для сварки в закрытых помещениях и при заточке следует оборудовать рабочее место вытяжной вентиляцией, так как торий – это радиоактивный металл, пары и пыль которого могут оказать негативное влияние на здоровье человека. Кроме того, при сварке такими электродами, осуществляемой на переменном токе, дуга может скакать по выступающим поверхностям, что приводит к ухудшению качества формируемого соединения.
Y (иттрий)
Изделия данного типа считаются самыми устойчивыми из всех вольфрамовых электродов, именно поэтому их используют для сварки особенно ответственных конструкций. Сварку с их применением осуществляют на постоянном токе.
P (чистый вольфрам)
Данная буква, присутствующая в маркировке, указывает на то, что изделие выполнено из вольфрама на 99,5%. Вольфрамовые электроды, которые не содержат в своем составе легирующих добавок, обеспечивают устойчивость дуги при сварке, осуществляемой на переменном токе. Именно такие прутки используют при деталей из алюминия.
Для того чтобы специалист мог получить более полную информацию о вольфрамовых электродах, в их маркировке присутствуют и цифровые обозначения.
Первые цифры, стоящие после букв, указывают на точное содержание легирующей добавки в процентах. Так, цифра 20 означает, что в материале электрода содержится 2,0% соответствующей добавки, цифра 15 – 1,5% и т.д. Вторые цифры в обозначении прутка, отделенные от первых дефисом, указывают на длину изделия, выраженную в миллиметрах.
Наиболее распространенной является длина 175 мм, но также выпускаются электроды длиной 50, 75 и 150 мм. Детали с разными геометрическими параметрами варятся вольфрамовыми электродами различного сечения, значение которого может составлять 1; 1,6; 2; 2,4; 3; 3,2; 4; 4,8; 5,6; 6,4 мм.
Таблица для выбора диаметра вольфрамового электрода для сварки в аргоне с учетом силы и рода тока
Для примера расшифруем маркировку электрода WL 10-75. В нем, кроме вольфрама, содержится 1,0% оксида лантана. Длина данного изделия, согласно его обозначению, составляет 175 мм.
Для того чтобы с первого взгляда можно было определить, к какому виду относится вольфрамовый электрод и для чего его можно использовать, концы изделий разных марок окрашиваются разными цветами. Такие метки могут быть нанесены одним из следующих цветов:
- зеленый – изделия из чистого вольфрама, обозначаемые буквами WP;
- серый – электроды марки WC 20, в которых содержится 2% оксида церия;
- золотой – изделия марки WL 15, их состав дополнен 1,5% оксида лантана;
- черный – прутки марки WL 10, в состав которых добавлен 1% оксида лантана;
- синий – WL 20, в таких электродах имеется 2% оксида лантана;
- белый – электроды WZ 8, состав которых обогащен 0,8% оксида циркония;
- желтый – электроды марки WT 10, содержащие 1% оксида тория;
- красный – прутки WT 20, в составе которых имеется 2% оксида тория;
- фиолетовый – электроды WT 30, содержащие 3% оксида тория;
- оранжевый – изделия марки WT 40, включающие 4% оксида тория;
- темно-синий – вольфрамовые электроды WY 20, которые содержат 2% иттрия.
Сферы использования вольфрамовых электродов различных марок
У вольфрамовых электродов, относящихся к каждому виду, есть отличительные характеристики, которые и определяют область их применения.
WP – зеленый наконечник
Электроды, выполненные из чистого вольфрама (WP), используются преимущественно для сварки на переменном токе, выполняемой в среде аргона. С их помощью производят изделий, выполненных из алюминия, алюминиевой бронзы (медно-алюминиевый сплав), магния, никеля, а также их сплавов.
Электроды данного вида имеют такие характеристики, как:
- плохая зажигаемость дуги;
- короткий срок службы;
- плохая переносимость значительной токовой нагрузки;
Режимы сварки меди вольфрамовым электродом (для стыковых соединений на медной охлаждаемой водой подкладке или подушке из флюса)
WC 20 – серый наконечник
Электроды WC 20 также используются для , но с их помощью получают соединения деталей, выполненных из высоколегированных, в том числе нержавеющих сталей, высокосплавляющихся металлов (молибден, тантал и др.), меди, никеля, титана, а также их сплавов. Сварку такими прутками осуществляют на постоянном токе, подключаемом по прямой полярности.
Перечислим характеристики вольфрамовых электродов данного типа:
- удовлетворительная зажигаемость дуги;
- длительный срок службы;
- безопасность для человеческого здоровья.
WZ – белый наконечник
Электроды WZ 8 (наконечник белый) используются для сварки на переменном токе в среде аргона. Применяя их, выполняют аргонодуговую сварку изделий, выполненных из алюминия, медно-алюминиевых сплавов (алюминиевая бронза), магния, никеля и сплавов данных металлов.
К отличительным характеристикам вольфрамовых изделий данной марки относятся:
- удовлетворительная зажигаемость сварочной дуги;
- хорошая переносимость токовых нагрузок;
- безопасность для человеческого здоровья.
WT 20 – красный наконечник
Изделия с маркировкой WT 20 применяются для арогонодуговой сварки на постоянном токе (используется прямая полярность). Такими изделиями варят заготовки из высоколегированных сталей, высокосплавляющихся металлов, меди, никеля, титана, их сплавов.
Характеристики вольфрамовых электродов данного вида:
- хорошая зажигаемость сварочной дуги;
- достаточно длительный срок службы;
- хорошая переносимость значительных токовых нагрузок;
- возможная опасность для человеческого здоровья.
К группе вольфрамовых электродов, в которых присутствует торий, также относятся изделия марок WT 30 и WT 40. Из-за значительного содержания данного радиоактивного элемента в составе электродов применять их не рекомендуется, пары от них наносят вред окружающей среде и человеческому здоровью.
Критерии выбора электрода из вольфрама
При выборе вольфрамовых прутков необходимо ориентироваться на такие их параметры, как:
- тип, химический состав и наличие легирующих добавок;
- диаметр, который оказывает влияние на толщину формируемого сварного шва;
- геометрия острия, определяющая многие характеристики сварочного процесса;
- качество заточки.
Естественно, на выбор электрода определенной марки значительное влияние оказывают и характеристики соединяемых деталей: размеры, состав материала и др. При выборе вольфрамовых прутков можно обращаться к справочным таблицам или собственному опыту.
Особенности и способы заточки
Заточка вольфрамовых электродов – это важный параметр, на который следует обращать особое внимание. От формы заточки неплавящегося электрода зависят такие важные параметры, как давление сварочной дуги и распределение энергии, которую она передает металлу соединяемых деталей. Именно поэтому от того, как заточен электрод, зависят размеры зоны проплавления соединяемого металла и, соответственно, глубина, а также ширина сварного шва.
Форму заточки рабочего конца электрода выбирают в зависимости не только от параметров соединяемых деталей, но и от того, какой вид электрода применяется для выполнения сварки.
Так, для изделий марки WP, WL 10, WL 20 и WL 15 используют сферическую заточку рабочего конца, так как тепловая нагрузка на него не такая значительная. А на концах электродов WT 20, в отличие от изделий марок WP, WL 10 и др., делают лишь небольшую выпуклость. На форму заточки также оказывает влияние тип используемого для сварки тока. Познакомиться с точными параметрами заточки вольфрамовых электродов и рекомендациями по ее выбору можно в справочной литературе.
