Из чего состоит сварочный электрод

Состав и требования к защитному покрытию микроэлектродов

Виды электродов для ручной дуговой сварки

Данный вид сварки осуществляется посредством постоянного и переменного тока. Работа с постоянным током требует применения выпрямителей или специальных преобразователей.

Для переменного тока используют сварочные трансформаторы особой конструкции. Наиболее распространенным является метод с использованием плавящегося в дуге стержня. Он позволяет работать с легированными и углеродистыми сталями, чугунами и некоторыми цветными металлами.

В первом случае швы формируются в результате расплавления электрода. Во втором – плавится присадочный материал, вводимый внутрь сварочной ванны.

Существует несколько критериев разделения электродов:

• толщина;
• качество;
• тип покрытия.

Кроме того они могут быть металлическими и неметаллическими. Ко второму типу относятся только неплавящиеся.

В знаменателе — кодированное обозначение (код):

буква Е — международное обозначение плавящегося покрытого электрода

ГРУППА ИНДЕКСОВ, УКАЗЫВАЮЩИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ МЕТАЛЛА ШВА ИЛИ НАПЛАВЛЯЕМОГО МЕТАЛЛА

6.1. Для электродов, применяемых для сварки углеродистых и низколегированных сталей с пределом прочности при растяжении до 588 МПа (60 кгс/мм2)

6.2. В условном обозначении электродов для сварки легированных сталей с пределом прочности при растяжении свыше 588 МПа (60 кгс/мм2) первый индекс двузначного числа соответствует среднему содержанию углерода в шве в сотых долях процента; последующие индексы из букв и цифр показывают содержание элементов в процентах в металле шва; последний цифровой индекс, проставляемый через дефис, характеризует минимальную температуру°С, при которой ударная вязкость металла шва составляет не менее 34 Дж/см2 (35 кгс?м/см2).

Пример: E-12X2Г2-3 означает 0,12% углерода, 2% хрома, 2% марганца в металле шва и при -20°С имеет ударную вязкость 34 Дж/см2 (3,5 кгс?м/см2).

6.3. В условном обозначении электродов для сварки теплоустойчивых сталей содержатся два индекса:

• первый указывает минимальную температуру, при которой ударная вязкость металла шва составляет не менее 34 Дж/см2 (3,5 кгс?м/см2);
• второй индекс — максимальную температуру, при которой регламентированы показатели длительной прочности металла шва.

6.4. Электроды для сварки высоколегированных сталей кодируются группой индексов, состоящих из трех или четырех цифр:

• первый индекс характеризует стойкость металла шва к межкристаллитной коррозии;
• второй указывает максимальную рабочую температуру, при которой регламентированы показатели длительной прочности металла шва (жаропрочность);
• третий индекс указывает максимальную рабочую температуру сварных соединений, до которой допускается применение электродов при сварке жаростойких сталей;
• четвертый индекс указывает содержание ферритной фазы в металле шва.

6.5. Условное обозначение электродов для наплавки поверхностных слоев состоит из двух частей:

первый индекс указывает среднюю твердость наплавленного металла и выражается дробью:

• в числителе — твердость по Виккерсу;
• в знаменателе — по Роквеллу.

второй индекс указывает, что твердость наплавленного металла обеспечивается:

• без термической обработки после наплавки -1;
• после термической обработки — 2.

Индекс	Твердость	Индекс	Твердость
по Виккерсу	по Роквеллу	по Виккерсу	по Роквеллу
200/17	175 — 224	до 23	700 / 58	675 — 724	59
250 / 25	225 — 274	24 — 30	750 / 60	725 — 774	60 — 61
300 / 32	275 — 324	30,5 — 37,0	800 / 61	775 — 824	62
350 / 37	325 — 374	32,5 — 40,0	850 / 62	825 — 874	63-64
400 / 41	375 — 424	40,5 — 44.5	900 / 64	875 — 924	65
450 / 45	425 — 474	45,5 — 48,5	950 / 65	925 — 974	66
500 / 48	475 — 524	49,0	1000 / 66	975 — 1024	66,5 — 68,0
550 / 50	525 — 574	50 — 52,5	1050/68	1025 — 1074	69
600 / 53	575 — 624	53 — 55,5	1100/69	1075 -1124	70
650 / 56	625 — 674	56 — 58,5	1150/70	1125 -1174	71 -72

Пример: Е — 300/32-1 — Твердость наплавленного слоя без термообработки.

ОБОЗНАЧЕНИЕ ВИДА ПОКРЫТИЯ

А, Б, Ц, Р — см. Электродные покрытия; смешанного типа: АР — кисло-рутиловое; РБ — рутилово-основное и т.п.; П — прочие. При наличии в покрытии железного порошка более 20% добавляется буква Ж. Например: АЖ.

ОБОЗНАЧЕНИЕ ДОПУСТИМЫХ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ПОЛОЖЕНИЙ

1 — для всех положений, 2 — для всех положений, кроме вертикального «сверху-вниз», 3 — для нижнего, горизонтального на вертикальной плоскости и вертикального “снизу-вверх», 4 — для нижнего и нижнего «в лодочку».

ОБОЗНАЧЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК СВАРОЧНОГО ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ ХОЛОСТОГО ХОДА ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ

Полярность постоянного тока	Uxx источника переменного тока, В	Индекс
Номинальный	Пред. отклонение
Обратная	—	—
Любая	—	—	1
Прямая	50	± 5	2
Обратная	3
Любая	70	± 10	4
Прямая	5
Обратная	6
Любая	90	± 5	7
Прямая	8
Обратная	9

СТАНДАРТ НА СТРУКТУРУ УСЛОВНОГО ОБОЗНАЧЕНИЯ

ГОСТ 9466-75 «Электроды покрытые металлические для ручной дуговой сварки и наплавки. Классификация и общие технические условия».

СТАНДАРТ НА ТИПЫ ЭЛЕКТРОДОВ

ГОСТ 9467-75 «Электроды покрытые металлические для ручной дуговой сварки конструкционных и теплоустойчивых сталей».

ГОСТ 10051-75 «Электроды покрытые металлические для ручной дуговой наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами».

Сведения об электродах

Изделие представляет собой стержень длиной 25-45 см из электропроводящего материала.

Назначение материалов

Сварочный электрод нужен для создания стабильного электродугового разряда.

Благодаря его высокой температуре кромки соединяемых заготовок плавятся и сливаются воедино.

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:

1. Плавящиеся. Снабжены покрытием, выполняющим защитную и другие функции.
2. Неплавящиеся.

Электроды делятся на типы по составу покрытия.

Первый тип по составу покрытия делится на виды:

1. Кислые.
2. Основные.
3. Целлюлозные.
4. Рутиловые.

Различают 4 вида:

1. Особо толстое — D/d больше 1,8.
2. Толстое — менее 1,8.
3. Среднее — менее 1,45.
4. Тонкое — менее 1,2.

Особенности эксплуатации

По типу электрода подбирают ток:

• постоянный;
• переменный.

Первый вариант обеспечивает более высокое качество шва. Различают 2 подвида:

1. Постоянный с прямой полярностью. Положительный полюс источника подключают к заготовке.
2. С обратной полярностью. «Плюс» подключен к электроду.

Постоянный ток обеспечивает высокое качество шва.

От полярности зависит температура нагрева расходника и заготовки.

Различают 4 вида швов:

1. Потолочные.
2. Вертикальные снизу вверх.
3. Те же в противоположном направлении.
4. Нижние.

Некоторые электроды не позволяют выполнять потолочные и вертикальные швы из-за высокой текучести металла в сварочной ванне.

Надежность соединения зависит от следующих параметров:

1. Силы тока.
2. Длины дуги.
3. Диаметра расходника.
4. Скорости и характера его перемещения.
5. Угла наклона к поверхности заготовок.

Надежность соединения зависит от диаметра электрода.

Длину дуги стремятся делать наименьшей. В противном случае происходит следующее:

1. Металл расходника успевает окислиться за время пути к сварочной ванне.
2. 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:

1. Числитель — Э46-МР-3 АРС-3-УД.
2. 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).

ГОСТ устанавливает систему обозначения электродов.

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).

На электродах указывается их тип.

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.

4 Особые электроды для сваривания меди

Для соединения медных конструкций опытные сварщики всегда используют специальные электроды, что вызвано особыми свойствами меди (высокая жидкотекучесть, горячеломкость, плавление при относительно низких температурах, высокая теплопроводность меди  и так далее). При этом электроды для сварки медных проводов чаще всего применяются вполне традиционные – графитовые либо угольные.

Первые отличаются хорошим показателем эрозиоустойчивости и термостойкости, они не хрупкие (вероятность их растрескивания в процессе сварки минимальная), могут храниться без потери своих свойств на протяжении нескольких лет, обладают длительным сроком эксплуатации, при этом весьма экономно расходуются. Угольные же не имеют большинства указанных достоинств, поэтому их нынче используют все реже и реже.

Отдельно отметим, что существуют трубчатые электроды (медные) для прошивки на вырезных проволочных установках отверстий (не путать с процессом, предполагающим использование разных видов сверл) сечением не более двух миллиметров.

Они имеют такие преимущества:

Вид покрытия электродов

Выбор того или иного типа покрытия зависит от свариваемых материалов, а также нагрузок, которые предстоит испытать конструкции. Различают 4 разновидности покрытий.

Основное (маркировка Б)

Расходники с основным покрытием применяют для получения высококачественного шва, отличающегося значительной ударной вязкостью, прочностью, пластичностью. Шов устойчив к образованию кристаллизационных трещин и естественному старению. Эту продукцию применяют при изготовлении ответственных конструкций, которые приходится эксплуатировать в условиях сурового климата.

Преимущества:

• хорошие механические характеристики и высокая химическая чистота шва;
• минимум водорода в навариваемом металле.

Есть и минусы:

• иногда в сварном шве образуются поры. Это может быть при увлажнении покрытия. Поры образуются и при наличии по краям соединяемых деталей окалины, ржавчины или масляных следов;
• сложности с хранением;
• отделение шлака очень трудоемкое;
• короткая и нестабильная дуга.

Рутиловое (маркировка Р)

Область использования продукции с рутиловым покрытием — электросварка деталей из низкоуглеродистых сталей. К технологическим преимуществам относятся:

• стойкое горение дуги при использовании постоянного и переменного тока;
• минимум разбрызгивания материала при инверторной сварке;
• хорошая отделяемость шлака;
• эстетичность шва;
• возможность применения для соединения ржавых и (или) загрязненных заготовок.

Главный минус рутилового покрытия — ограниченная область использования. В частности, такими электродами нельзя соединять элементы, которые планируется эксплуатировать при высоких температурах. Есть и другой недостаток: низкая химическая чистота и высокая текучесть металла.

Кислое (маркировка А)

Основное преимущество обмазок с маркировкой А — нулевой риск образования пор в области сварочного шва, даже при наличии на соединяемых элементах слоя окалины и (или) ржавчины. К особенностям этого варианта также относится легкость зажигания и равномерное горение дуги. Данный вариант используют при минимальных требованиях к готовой конструкции. Стержни с кислым покрытием можно использовать при переменном и постоянном токе.

Достоинства:

• низкая себестоимость работ;
• минимальная трудоемкость удаления шлака;
• возможность применения при постоянном и переменном токе;
• простота хранения;
• высокий уровень раскисления.

К минусам относят:

• вредные для здоровья испарения;
• высокий уровень текучести металла;
• брызги при сварке;
• большая вероятность образования горячих трещин.

Целлюлозное

Изделия с обмазкой, выполненной из целлюлозы, маркируют буквой Ц. Их отличает стабильное горение дуги при постоянном токе. Такие расходные материалы применяют при сварке магистральных труб из низкоуглеродистых сортов стали.

Преимущества:

• качественный провар;
• минимум шлака.

Данная категория не рекомендуется для работы со сплавами с большим содержанием углерода. Еще один недостаток — раскаленные металлические брызги во время работы. При использовании с переменным током требуется дополнительное оборудование.

В зависимости от соотношения между двумя диаметрами: общим и внутренней части изделия, электроды разделяют на 4 категории:

• тонкие (маркировка М). Соотношение от 1,2;
• средние (С) — от 1,45;
• толстые (Д) — до 1,8;
• особо толстые (Г) от 1,8.

Толщина покрытия для качественной продукции колеблется в пределах 0,5-2,5 мм. По массе это составляет 20-40% от одноименного параметра внутреннего стержня.

Видео

Материал электродов

В зависимости от материала изготовления разделяют расходники двух разновидностей.

Графитированные

Неплавящиеся неметаллические изделия. Особенность технологии изготовления в том, что сырье подвергают изотермической выдержке при температуре, превышающей 2 тыс. градусов. Прессовка графита производится под давлением 200 атм. Еще одна категория неплавящихся изделий — вольфрамовые, которые применяют для особенно качественного соединения элементов.

Плавящиеся

Основу их составляет металлический стержень. На него наносят смесь, образующую в процессе эксплуатации изделия защитный шлаковый слой. Покрытие состоит из оксидов. В качестве связующего элемента используют жидкое стекло.

Рутиловое покрытие электродов — характеристики

Электроды с данным видом покрытия чаще всего могут быть двух основных типов: Э42 и Э46 (по государственному стандарту). Тип обязательно указывается в маркировке упаковки. Металл шва, сваренного электродами типа Э42 имеет следующие технические характеристики:

• Предел прочности — 410 Мпа;
• Относительное удлинение — 22%;
• Ударная вязкость — 80 Дж/см2.

Шов, сваренный электродами Э46, имеет более прочные показатели:

• Предел прочности — 450 Мпа;
• Относительное удлинение — 20%;
• Ударная вязкость — 147 Дж/см2.

При изготовлении рутиловых электродов используется низкоуглеродистая сварочная проволка (СВ-08 или СВ-08А). На неё и наносится рутиловое покрытие. В маркировке таких электродов находится буква «Р», которая и указывает на тип покрытия. Как правило, после буквы «Р» всегда следуют две цифры:

• Первая указывает на то, в каких пространственных положениях можно производить сварку. Большинством рутиловых электродов можно варить в любом положении.
• Вторая указывает на тип сварочного тока: переменный или постоянный, его полярность и напряжение холостого хода.

Типы покрытий электродов

Распространенные на сегодняшний день разновидности покрытий электродов обладают уникальными свойствами и имеют свое собственное обозначение маркировки.

Электроды с кислым покрытием

Кислая обмазка. Такие электроды имеют в маркировке букву А. Основой такого покрытия является марганец, разнообразные оксиды железа, кремний и прочие элементы. Необходимо сказать, что основным недостатком использования таких электродов с кислой обмазкой является опасность появления на сварочном шве горячих трещин. Такие трещины значительно ухудшают качество полученного соединения, и зачастую приходится проводить сварку заново. Из преимуществ кислой обмазки электродов можем выделить высокую сопротивляемость появлению в шве воздушных каналов, а также возможность выполнения сварки ржавых заготовок и деталей с окалиной. Такой наплавочный материал с кислым покрытием получил широкое распространение при выполнении сварки дугой любой длины переменным и постоянным током.

Электроды с целлюлозным покрытием

Целлюлозное покрытие. Электроды с такой обмазкой обозначаются буквой Ц. Особенностью наплавочных стержней с целлюлозной обмазкой является содержание органических веществ, массовая доля которых в составе может составлять 50%. Из  таких органических веществ распространена целлюлоза, которая позволяет обеспечить равномерное образование сварного валика наплавляемого материала. Такие электроды отлично себя зарекомендовали при вертикальной сварке. Характеристики металла в сварном шве соответствуют стали в спокойном и полуспокойном состоянии. Необходимо лишь учитывать, что в таких сварочных электродах содержится большое количество водорода, который при работе со сталью может существенно ухудшить характеристики металла в области сварного шва.

Электроды с рутиловым покрытием

Рутиловые электроды имеют в маркировке букву Р. Как вы можете понять из названия, обмазка содержит большое количество рутила с небольшим вкраплением кислорода и кремния. Наличие таких дополнительных элементов позволяет существенно уменьшить вероятность образования горячих трещин в сварочном шве. Полученный наплавленный материал отличается повышенной ударной прочностью. Во время сварки при горении газовой дуги выделяется газ, который позволяет защитить сварочную ванну, путем образования на поверхности органических соединений и карбонатов. Отметим лишь, что при выполнении сварки в условиях повышенной влажности и воздействия углекислого газа может существенно ухудшиться качество соединения и появляться  признаки окисления. Поэтому проводить работы необходимо в условиях нормальной влажности и предварительно прокаливать заготовки.

Такие стержни чувствительны к изменениям режимов сварки и скачкам температуры в шве. В подобном случае даже при чистой поверхности и правильном выборе используемой разновидности наплавочного материала возможен брак соединения. Именно поэтому необходимо выдерживать условия проведения сварочных работ, что и позволит гарантировать качество соединения. Опытные сварщики рекомендуют первоначально прокалывать соединяемые материалы, что и позволит избежать проблем с окислением соединительного шва. Электроды с рутиловым покрытием могут использоваться в тех случаях, когда на поверхности соединяемых металлов заметны ярковыраженные следы ржавчины. Отметим, что благодаря легкости использования такие электроды с рутиловым покрытием пользуются популярностью при выполнении сварочных работ в быту.

Электроды с основным покрытием

Основное покрытие электродов. Такая обмазка имеет обозначение буквой Б. Предназначаются эти стержни для ручной дуговой сварки, и содержат в шлаковой основе различные минералы. Выполняя сварку такими электродами, следует помнить о том, что в процессе работы образуется большое количество шлаков. Минералы выделяют газ, защищающий раскаленный и остывающий сварной шов от воздействия окружающей среды. Из преимуществ такого основного покрытия можем отметить слабую насыщенность водородом, что позволяет исключить ухудшение характеристик стали и других металлов. В наплавленном материале отсутствует водород, который отрицательно сказывается на качестве выполненного соединения. Наплавленный металл не отличается склонностью к окислению, и имеет повышенную устойчивость к сероводородному растрескиванию. Электроды с основным покрытием благодаря своим отличным характеристикам могут использоваться для сварки трубопроводов.

Конструкция покрытия

Электродное покрытие — это смесь измельченных компонентов и связующего вещества, нанесенная на металлический стержень методом опрессования или (реже) окунанием. Покрытия составляют на базе комбинированной газошлаковой защиты плавящегося металла. В одних видах покрытий имеет место шлаковая защита сварочной ванны, а в других — газовая.

В состав электродных покрытий входят:

1. Стабилизирующие элементы процесса зажигания и горения дуги в виде щелочных и щелочно-земельных металлов: калия, натрия, цезия, кальция.
2. Газообразующие компоненты, создающие газовую защиту дуги и сварочной ванны в виде органических веществ: крахмала, древесной муки, декстрина и др.
3. Шлакообразующие составляющие: полевой шпат, кремнезем, каолин, тальк, рутиловый концентрат, плавиковый шпат и др.
4. Раскислители — вещества, способствующие восстановлению окиси железа, имеющие большее сродство с кислородом, чем железо. В качестве раскислителей используют ферромарганец, ферросилиций, ферротитан и др.
5. Легирующие элементы (марганец, хром, никель, молибден, ванадий и др.) для придания шву специальных свойств.
6. Пластификаторы — составляющие в виде слюды, целлюлозы, бентонита, каолина и др. для повышения пластичности обмазки.
7. Рафинирующие компоненты (соединения марганца и окись кальция),выводящие из сварочной ванны серу и фосфор в шлак.
8. Связующие вещества — натриевое, калиевое и натриево-калиевое жидкое стекло.
   Большая часть составляющих покрытия выполняет одновременно несколько функций. Например, мрамор, магнезит и доломит являются как газообразующими, так и шлакообразующими; нолевой шпат, слюда, жидкое стекло — шлакообразующими и связующими; ферросплавы — раскислителями и легирующими.

Сущность процесса ММА

Ручная дуговая сварка (ММА) — это процесс дуговой сварки, при котором используется дуга, горящая между покрытым электродом и сварочной ванной. Покрытый электрод представляет собой металлический стержень, на который нанесено покрытие.

Дуга при этом способе сварки зажигается быстрым касанием торцом электрода поверхности основного металла, которая под воздействием тепла дуги расплавляется, образуя сварочную ванну. Под действием дуги также происходит плавление электродного стержня, металл которого переходит в сварочную ванну, образуя наплавленный металл сварного шва (при этом часть металла теряется в виде брызг). При расплавлении покрытия электрода образуются газы и шлак, которые защищают зону дуги и сварочную ванну от вредного воздействия окружающего воздуха. Более того, шлак, покрывающий наплавленный металл, обеспечивает его правильное формирование при кристаллизации. После каждого прохода шлак необходимо удалять. Некоторые марки электродов обеспечивают самоотделение шлаковой корки.

Дуговая сварка покрытыми электродами это типично ручной способ сварки. Электрод имеет ограниченную длину (обычно в пределах 350 … 450 мм), а это означает, что процесс сварки постоянно прерывается для его смены. Рабочее время используется не эффективно, так как время горения дуги не превышает 25 … 60% его объема, а производительность, соответственно, оказывается низкой. Остановки и возобновления сварки также повышают вероятность зарождения дефектов в сварном шве.

Покрытые электроды определенного размера и типа позволяют производить сварку на разных токах, но только в пределах определенного указанного изготовителем диапазона в зависимости от диаметра стержня, толщины и состава покрытия, а также положения сварки.

В процессе плавления покрытия электрода на его торце образуется воронка, которая способствует направлению потока образующегося газа в сторону сварочной ванны, который благоприятствует переносу капель расплавленного электродного металла в нее. Поток газа настолько велик, что способен переносить капли снизу вверх, обеспечивая тем самым возможность сварки в потолочном положении.

Что звукоизолируем: свой потолок или пол у соседей сверху?

Подведём итоги