Классификация электродов

Классификация электродов

Электродами называются детали, включаемые в сварочную цепь для подвода тока к свариваемому изделию.

Электроды для ручной дуговой сварки подразделяются на металлические (стальные, вольфрамовые, чугунные, медные, бронзовые, латунные и др.) и неметаллические (графитовые и угольные).
Металлические разделяются на плавящиеся, непосредственно участвующие в образовании сварного шва, т. к. расплавляясь, служат присадочным металлом, и неплавящиеся, которые предназначены только для подвода тока к изделию, расплавления кромок основного металла, присадочный металл при этом вводится со стороны.

Металлические плавящиеся, в свою очередь, разделяются на покрытые, имеющие на поверхности стержня покрытие из порошкообразных материалов, сцементированных клеющим раствором (преимущественно жидким стеклом), и не покрытые (голые). Первый патент на покрытия для электродов получил О. Кельберг в 1911 г., а на мировом рынке электроды с толстыми покрытиями появились в 1928 г.

Первые отечественные электроды с толстым покрытием марки ЛИМ (Ленинградский институт металлов) для сварки малоуглеродистых сталей были разработаны в 1933 г. (Н. М. Никитиных, А. П. Горячев и др.). Отсутствие в этом покрытии ферросплавов не обеспечивало необходимого раскисления и легирования металла шва, поэтому сварные соединения, выполненные электродами марки ЛИМ, не обеспечивали механических свойств, равноценных основному металлу.

В 1934 г. М. Д. Кожевниковым была разработана марка ВЭТ-26 (Всесоюзный электротехнический трест), в состав его покрытия впервые был введен ферромарганец, что значительно улучшило механические свойства металла шва и сварных соединений.

В 1935 - 1937 гг. А. А. Ерохиным и М. С. Куликовым проведены фундаментальные исследования металлургических процессов сварки, в которых было научно обосновано влияние различных компонентов электродных покрытий на состав и свойства наплавленного металла. На основе этих исследований была разработана серия с рудно-кислыми и ильменитовыми покрытиями марок ОММ-1, ОММ-2, ОММ-3, ОММ-5 (Сварочная контора Оргаметалла). Эти покрытия содержали, кроме шлакообразующих, раскисляющих и легирующих компонентов, также газозащитные органические компоненты. Этот принцип построения электродных покрытий сохраняется до сих пор при разработке новых марок. В 1936—1937 гг. на основе исследований и технологической доработки ОММ-1 и ОММ-2 на Ленинградском Кировском заводе А. Н. Шашковым, С. К. Звегинцевым и Т. Н. Дубовой были разработаны новые марки ТК, которыми выполнялась сварка первого в стране сварного моста имени Лейтенанта Шмидта, а также марки ТКХ и ТКМ для сварки легированных сталей.

По предложению А. Н. Шашкова при изготовлении были применены формующие добавки (бентонит и декстрин), что позволило наносить покрытия методом окунания в один слой с обеспечением требуемой толщины, концентричности и прочности покрытий после сушки и прокалки.

Введение формовочных добавок в шихту электродных покрытий решило одну из наиболее сложных проблем технологии изготовления качественных электродов и стало широко применяться в отечественной и зарубежной практике также при прессовом способе изготовления.

Все разработанные электродные покрытия содержали значительное количество окислов железа, марганца и других элементов, что способствовало активному окислению металла швов и образованию кислых шлаков. Существенным недостатком рудно-кислых является склонность наплавленного металла к образованию горячих трещин при увеличении содержания в нем углерода более 0,15% и значительное выгорание легирующих элементов.

Это ограничивает возможность их применения для сварки среднеуглеродистых конструкционных и тем более высокоуглеродистых и высоколегированных сталей. Решение проблемы сварки этих сталей было найдено в результате разработки электродов с покрытиями основного вида. Основой этих покрытий являлась система мрамор-плавиковый шпат (фтористо-кальциевые). Первые отечественные покрытия такого вида марок Б-0 и № 23 были разработаны А. Н. Шашковым и Т. Н. Дубовой в 1937 г. С покрытием Б-0 изготавливались изделия из прутков стали Х25Н12. Их применение в годы Великой Отечественной войны имело большое значение для сварки броневых сталей средней и высокой твердости. Наиболее выдающиеся исследования и разработки электродов с фтористо-кальциевыми покрытиями основного вида были выполнены в 1937 – 1938 гг. К. В. Петранем. Разработанная им серия марок УОНИИ-13/45 – УОНИИ-13/85 (универсальная обмазка НИИ-13) охватывает широкую гамму изделий типов Э42А, Э50А, Э60; Э85. Каждая из этих марок до настоящего времени остается основной для соответствующего типа электродов. Существенным недостатком электродов с фтористо-кальциевыми покрытиями является их пригодность для сварки только постоянным током обратной полярности из-за низкой стабильности горения дуги. Позднее К. В. Петрань разработал электроды с покрытиями основного вида марок УП-1 и УП-2, пригодные для сварки переменным током, что достигнуто применением калиево-натриевого жидкого стекла, обеспечивающего низкий потенциал ионизации дугового промежутка и стабильное горение дуги при сварке переменным током.

Непрерывно растущая номенклатура применяемых в различных отраслях промышленности марок сталей со специальными свойствами требует также разработки новых марок электродов, обеспечивающих соответствующие свойства сварных соединений из этих сталей, а также обладающих повышенной технологичностью, универсальностью, стойкостью против образования холодных и горячих трещин и т. д.

В послевоенный период большое количество исследований и разработок новых марок были выполнены ЦНИИТМАШ (марки серий ЦМ, ЦТ, ЦЛ), ИЭС им. Е. О. Патона (марки серий АНО, АНВ, АНП), Московским опытно-сварочным заводом (марки серий ОЗС, ОЗЛ, ОЗШ), ЦКТИ им. Ползунова (марки серии КТИ), ВНИИСТ (марки серий ВСФ, ВСП, ВСН), заводом им. Орджоникидзе (марки серии ЗИО), ПО «Кировский завод» (марки серии ЛКЗ) и др.

Большое разнообразие электродов, а также принципов их классификации затрудняет разработку единой общепринятой системы классификации. В соответствии со стандартами электроды покрытые металлические для ручной дуговой сварки сталей и наплавки классифицируются по назначению, механическим свойствам и химическому составу наплавленного металла (типам), видам и толщине покрытий, а также некоторым сварочно-технологическим характеристикам. Марки стандартами не регламентируются. Подразделение электродов на марки производится по техническим условиям и паспортам. Каждому типу может соответствовать одна или несколько марок. Схема классификации по стандартам приведена на рис. 1.

Схема классификации электродов для сварки и наплавки по стандартам

Рис. 1. Схема классификации электродов для сварки и наплавки по стандартам

Учитывая, что склонность к образованию холодных и горячих трещин в различных зонах сварных соединений в большой степени зависит от содержания водорода и вредных примесей (серы и фосфора) в металле шва, электроды разделяются по этим показателям на четыре классификационных уровня: с высоким, средним, низким и особо низким содержанием водорода и вредных примесей, которые, в основном, определяются видом покрытия, а также способом и технологией изготовления (табл. 1).

Классификационные уровни по содержанию водорода в наплавленном металле установлены Международным институтом сварки (МИС) в стандарте ISO 3690, а в России – по ГОСТ 23338-73, который позволяет классифицировать электроды для сварки углеродистых и низколегированных сталей в соответствии со стандартом ISO 2560-73.

Классификация по содержанию в наплавленном металле водорода, серы и фосфора
Классификационный уровень

Таблица 1

Наименование уровня (индекс)Вид покрытия и содержание водорода, см3/100 гВид покрытия в зависимости от содержания S и Р
Высокий (без индекса)Рутиловый, целлюлозный (более 15)Кислый с содержанием большого количества рудных компонентов
Средний (15Н)Основной при влажности покрытия более 0,5% (от 10 до 15)Рутиловый, целлюлозный
Низкий (ЮН)Основной при влажности покрытия менее 0,5% (от 5 до 10)Основной
Особо низкий (5Н)Основной при влажности покрытия менее 0,1% (до 5)Основной со стержнем из проволоки Св.08АА

 

Содержание диффузионного водорода в наплавленном металле зависит не только от состава (вида) покрытия, но и от температуры прокалки. Одна и та же марка может иметь различный классификационный уровень по водороду. По данным работ электроды с покрытием основного вида в зависимости от температуры прокалки изменяют классификационный уровень по водороду в следующих пределах (см3/100 г):

  1. увлажненные при хранении — 12 - 20 (высокий и средний);
  2. прокаленные при температуре 350 °С — 6 - 8 (низкий);
  3. прокаленные при температуре 400 - 500 °С — 3 - 7 (особо низкий и низкий).

Существует несколько методов определения содержания водорода в наплавленном металле: спиртовой, глицериновый, вакуумный и др. Наиболее точные результаты обеспечивают вакуумные методы, в частности, по ГОСТ 23338-78. Поэтому в обозначении кода электродов, контролируемых по содержанию водорода, должен быть индекс, характеризующий классификационный уровень с указанием режимов прокалки электродного покрытия.

Наличие классификации по содержанию водорода в наплавленном металле облегчает их выбор при разработке технологических процессов на сварку конструкций из сталей различных классов и уровней прочности. Однако предложенные в работе дополнения к ГОСТ 9466-75 по индексации в зависимости от содержания водорода в наплавленном металле до сих пор не введены в указанный стандарт. Отсутствие индексов по содержанию водорода в кодах на электроды является существенным недостатком отечественных стандартов, т. к. при выборе из нескольких марок одного типа нельзя учесть исходное содержание водорода, а, следовательно, и оптимальную эксплуатационную надежность сварных швов.

Классификация электродов для сварки углеродистых и низколегированных конструкционных сталей в зависимости от содержания в наплавленном металле вредных примесей регламентировалась ГОСТ 9467-75 по трем группам качества. Однако, как показал производственный опыт, разделение электродов по содержанию серы и фосфора в наплавленном металле в узких пределах (до 0,005% между группами качества), как это было предусмотрено стандартом, весьма сложно и технически не регулируемо. Это обусловлено тем, что компоненты шихты (особенно руды и минералы) поставляются, как правило, с содержанием в них серы и фосфора ближе к верхнему пределу, допускаемому стандартами и техническими условиями на эти материалы. Поэтому разделение по группам качества в зависимости от содержания серы и фосфора в наплавленном металле было из ГОСТ 9467-75 исключено.

0 Комментарии к "Классификация электродов"

Написать комментарий

Ваше имя:
 
Ваш комментарий:
Примечание: HTML не переводится!