Вопросы для самопроверки
Какое назначение имеют сварочные материалы при сварке?
На основании каких основных признаков построена классификация
сварочных материалов?
Приведите классификацию сварочных материалов, применяемых
при сварке плавлением.
Какую долю в производстве сварочных материалов занимают
электроды?
1. Металлические сварочные материалы. Плавящиеся электродные материалы для сварки и наплавки сталей, чугуна и цветных металлов
1.1. Назначение сварочных материалов
При сварке плавлением неразъемное сварное соединение получается путем расплавления кромок свариваемых деталей либо кромок и дополнительного присадочного металла с образованием общей сварочной ванны и последующей кристаллизации этой ванны после прекращения действия источника нагрева. Металл образовавшегося сварного шва должен обладать необходимыми свойствами - отсутствием дефектов, равнопрочностью с основным металлом и другими свойствами, определяемыми условиями его работы. Этого можно достичь легированием сварочной ванны с помощью присадочного металла, покрытия, флюса и применением специальных методов защиты; зоны сварки (защитные газы, вакуум).
Присадочный металл и другие вещества, используемый при сварке плавлением с целью получения неразъемного соединения, удовлетворяющего определенным требованиям, называются сварочными материалами. К сварочным материалам относят сварочную проволоку, присадочные прутки, порошковую проволоку, плавящиеся покрытые электроды, неплавящиеся электроды, флюсы, защитные газы и металлические порошки.
Дополнительный металл в виде сварочной проволоки, прутков или стержней обычно требуется для получения шва с необходимыми геометрическими размерами, так как в большинстве случаев расплавление только кромок основного металла не обеспечивает выпуклости шва, заполнения зазора и разделки кромок (если она есть). Если дополнительный металл в процессе сварки включен в сварочную цепь, он называется электродным, а если не включен - присадочным.
Дополнительный металл в виде проволоки и электродных стержней и дополнительные средства в виде электродного покрытия, флюса, защитного газа, сердечника порошковой проволоки и другие обеспечивают в комплексе газовую, шлаковую или комбинированную газошлаковую защиту зоны сварки окружающего воздуха, стабилизацию горения дуги, раскисление и легирование металла шва, очистку его от вредных примесей и газов, правильное формирование шва, предотвращают образование в нем сварочных дефектов.
1.2. Сварочная проволока и прутки
Наиболее часто в качестве добавочного металла используют сварочную проволоку. При механизированной сварке плавлением ее используют в виде непрерывного плавящегося электрода, при ручной сварке в виде электродных стержней и присадочных прутков.
Состав и технические требования к проволоке и пруткам, предназначенным для сварки плавлением, регламентируются следующими государственными стандартами:
ГОСТ 2246-70. Проволока стальная сварочная;
ГОСТ 10543-82. Проволока стальная наплавочная;
ГОСТ 7871-75. Проволока сварочная из алюминия и алюминиевых сплавов;
ГОСТ 16130-85. Проволока и прутки из меди и сплавов на медной основе сварочные;
ГОСТ 2671-80. Прутки чугунные для газовой сварки, наплавки и приготовления электродов;
ГОСТ 21440-75. Прутки для наплавки.
Другие виды сварочной проволоки и прутков, применяемые при сварке и наплавке, выпускаются по специальным техническим условиям или по стандартам, не предусматривающим их специальное назначение для сварки. Ниже приведены краткие сведения о сварочной проволоке и прутках из вышеперечисленных ГОСТов.
Стальная сварочная проволока (ГОСТ 2246-70). Применяется при автоматической дуговой сварке. Стандарт распространяется на холоднотянутую гладкую проволоку из низкоуглеродистой нелегированной стали, поставляемую в мотках или бухтах массой до 80 кг.
Стандартом предусмотрено 77 марок сварочной проволоки разного химического состава; выпускается шесть марок низкоуглеродистой проволоки
(Св-08,Св-08А, Св-08АА, СВ-08ГА, Св-10ГА и СВ-10Г2), 30 марок легированной проволоки (Св-08ГС, Св-12ГС, Св-08Г2С, Св-10ГН, Св-08ГСМТ, Св-15ГСТЮЦА, Св-20ГСТЮА и др.), 41 марка высоколегированной проволоки (СВ-12Х11НМФ, Св-12Х13, Св-10Х17Т и др.).
Обозначение марок проволоки состоит из сочетания букв и цифр. Буквы "Св" обозначают сварочную проволоку, следующие за ними первые две цифры - показывают содержание углерода в сотых долях процента, а цифры после букв - содержание данного элемента в процентах. Если после буквы нет цифры, то значит данного элемента содержится менее 1%. В остальном маркировка сварочной проволоки подобна маркировке сталей. Наличие на конце марки букв "А" или "АА" свидетельствует, что эта проволока изготовлена из более высококачественной стали и содержание в ней вредных примесей серы и фосфора уменьшено.
Условные обозначения легирующих элементов следующие: С - кремний; Η - никель; Μ - молибден; Τ - титан; Ю - алюминий; Ц - цирконий; Г - марганец; X - хром;· Φ - ванадий; Ρ - бор; Б - ниобий; В - вольфрам; Д - медь.
В легированной стали легирующих элементов содержится от 2,5 до 10 %, в высоколегированной - более 10 %.
По требованию потребителя сварочную проволоку изготовляют из стали, выплавленной электрошлаковым (Ш) или вакуумно-дуговым (ВД) переплавом или в вакуумно-индукционных печах (ВИ).
R зависимости от назначения стальную сварочную проволоку подразделяют на проволоку для сварки (наплавки) и проволоку для изготовления электродов (Э). Это обусловлено более жесткими требованиями к проволоке для изготовления электродов.
По виду поверхности низкоуглеродистую и легированную проволоку подразделяет на неомедненную и. омедненную (О). Омеднение делается для улучшения контакта при подводе тока к движущейся проволоке в сварочном автомате или полуавтомате и для уменьшения износа мундштука и тянущих роликов механизма подачи проволоки.
В условном обозначении сварочной проволоки указывают диаметр и марку проволоки, приведенные выше индексы, характеризующие способ выплавки стали, назначение и вид поверхности проволоки, а также стандарт.
Примеры условного обозначения проволоки:
Проволока сварочная диаметром 3 мм, марки Св-08А, предназначенная для сварки (наплавки), с неомедненной поверхностью:
Проволока 3 Св-08А ГОСТ 2246-70.
Проволока сварочная диаметром 2,5 мм, марка Св-08ХГСМФА, предназначенная для изготовления электродов из стали, выплавленной в вакуумно-индукционной печи, с омедненной поверхностью:
Проволока 2,5 Св-08ХГСМФА-ВИ-Э-О ГОСТ 2246-70.
В технических требованиях ГОСТа приведена таблица химического состава проволок и изложены требования к размерам проволок.
Проволока выпускается следующих диаметров: 0,3; 0,5; 0,8; 1,0; 1,2; 1,4; 1,6; 2,0; 2,5; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0; 8,0; 10,0; 12,0 мм.
В стандарте указаны правила приемки, методы испытаний, требования к упаковке, маркировке, транспортированию и хранению проволоки. Каждый моток или бухту проволоки снабжают металлической биркой, на которой указано наименование завода-изготовителя, условное обозначение проволоки, номер партии, клеймо технического контроля. Каждая партия проволоки сопровождается сертификатом, содержащим основные технические данные.
Стальная проволока для наплавки (ГОСТ 10543-82). Выпускается 30 марок наплавочной проволоки, которые разделены на три группы: углеродистые - 9 марок (Нп-25, Нп-50 и другие); легированные - 11 марок (Нп-40Г, Нп-30ХГСА и др.); высоколегированные — 10 марок (Нп-20Х14, Нп-30ХЮГ10Т и др.).
Цифры и буквы, стоящие после индекса Нп (наплавочная), показывают примерный химический состав наплавочной проволоки, так же, как и у сварочной проволоки по ГОСТ 2246-70. Отличие заключается лишь в том, что цифра после буквы (содержание легирующего элемента в процентах) не ставится при содержании элемента менее 2 %.
Стальную наплавочную проволоку выпускают следующих диаметров: 0,3; 0,5; 0,8; 1,0; 1,2; 1,4; 1,6; 1,8;2,0; 2,5; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0; 6,5; 8,0 мм.
Пример условного обозначения проволоки наплавочной из стали марки 30ХГСА диаметром 3 мм:
Проволока 3 Нп -30ХГСА ГОСТ 10543-82.
Как и в стандарте на сварочную проволоку, в ГОСТ 10543-82 приведена таблица химического состава наплавочных проволок, требования к размерам, правила приемки, испытаний и т.п. Дополнительно дано справочное примечание, в котором указаны твердость и примерное назначение металла, наплавленного проволоками конкретных марок, например, проволока марки Нп Г13А предназначена для наплавки железнодорожных крестовин, зубов ковшей экскаваторов и т.п., наплавленный ею металл имеет твердость 220-280 HRC.
Сварочная проволока из алюминия и алюминиевых сплавов (ГОСТ 7871-75). Для сварки алюминия и его сплавов в основном используют тянутую и прессованную проволоку. Указанный ГОСТ предусматривает изготовление проволоки 14 марок. По составу их можно разделить на шесть групп:
из алюминия - 2 марки (СвА97, СвА5);
из сплава системы Аl-Мп - СвАмц;
из сплава системы Al-Ti - СвА85Т;
из сплавов системы Al-Mg с добавками других элементов - 8 марок (СвАМг3; СвАМг6, Св1557 и др.);
из сплавов системы Al-Si - 2 марки (СвАК5, СвАК10);
из сплавов системы А1-Си-Св1201.
Размерный ряд диаметров проволоки находится в пределах 0,8...12,5 мм.
В условном обозначении проволоки указывают:
- метод получения: тянутая (В), прессованная (П);
- марку;
- диаметр;
- термическое состояние: нагартованная (Н), отожженная (М);
- метод поставки: в бухте (БТ), на катушке (БР).
Пример условного обозначения проволоки тянутой из алюминиевого сплава марки Амц, в нагартованном состоянии, диаметром 5 мм, в бухте:
Проволока В.СвАМц.Н 5,00 X БТ ГОСТ 7871-75.
В ГОСТе приведены химические составы и размеры проволоки, правила приемки, испытаний и т.п.
Сварочная проволока из меди и сплавов на медной основе (ГОСТ 16130-90). Выпускается 17 марок проволоки из прутков, которые по составу разделяются на пять групп:
из меди - 3 марки (M1, M1p, MCpl);
из медно-никелевых сплавов - 2 марки (МНЖКТ5-1-0,2-0,2; МНЖ5-1);
из бронз безоловянных - 6 марок (БрКМц3-1, БрХНТ и др.);
из бронз оловянных - 2 марки (БрОЦ4-3, БрОФ6,5-0,15);
из латуней - 4 марки (Л63, Л060-1, и др.).
Обозначение марок проволоки принято по аналогии с обозначением марок меди и ее сплавов. Символ "Св" не ставится.
Проволока выпускается диаметрами 0,8...8 мм, прутки -диаметрами 0,8 и 8 мм, немерной длины от 1 до 5 м.
Прутки чугунные для сварки и наплавки (ГОСТ 2671-80). Выпускается 6 марок прутков:
А; Б (содержат до 0,3 % Ni);
НЧ-1, НЧ-2 (0,03 - 0,06 % Ti);
БЧ, ХЧ(1,2-2,0 % Сr).
Размеры прутков: диаметр 4; 6; 8...10; 12.„16 мм; длина 250, 350, 450 мм.
Прутки для наплавки (ГОСТ 21449-75). Прутки предназначены для наплавки износостойкого сдоя на детали машин и оборудования, работающие в тяжелых условиях (абразивное изнашивание, ударные нагрузки, коррозия, эрозия при повышенных температурах).
Стандарт предусматривает 3 марки прутков: Пр-С27 (тип ПрН-У45Х25Н2СВМ); Пр-В3К (тип ПрН-У10Х563В5); Пр-В3К-Р (тип ПрН-У20ХК57В10), которые обеспечивают твердость наплавленного металла не менее 53,5; 41,5; 47,5 соответственно.
Диаметры прутков 4,5; 5,0; 6,0; 8,0 мм, длина 300...500 мм, в зависимости от диаметра.
Наряду с металлической проволокой сплошного сечения в сварке применяется порошковая проволока, представляющая собой непрерывную трубку (часто сложного внутреннего сечения), заполненную порошкообразным наполнителем - шихтой (рис. 5).
Рис. 5. Виды внутреннего сечения порошковой проволоки
Оболочку порошковой проволоки изготовляют из стальной (чаще низкоуглеродистой) ленты толщиной 0,2...0,5 мм. Наполнитель представляет собой смесь порошков из газо- и шлакообразующих компонентов, а также легирующих компонентов, обеспечивающих защиту зоны сварки и требуемые свойства сварного шва.
Классификация, сортамент и технические требования на порошковую проволоку для сварки углеродистых и низколегированных сталей регламентируются ГОСТ 26271-84.
Стандарт устанавливает изготовление проволоки 15 диаметров.
По условиям применения проволока подразделяется; на газозащитную (ПГ), применяемую для сварки в углекислом газе и газовых смесях, и самозащитную (ПС) для сварки без дополнительной защиты.
По гарантируемому пределу текучести наплавленного металла сварочная порошковая проволока может быть 9 типов. В зависимости от содержания углерода, серы и фосфора в наплавленном металле порошковая проволока подразделяется на категории А, В, С. По гарантируемой минимальной ударной вязкости наплавленного металла при определенной температуре испытаний проволока имеет 9 уровней.
В соответствии с допустимыми пространственными положениями сварки и условиями формирования сварного шва, проволока подразделяется: для нижнего положения (Н); для нижнего и горизонтального (Г); для нижнего, горизонтального и вертикального (В); для горизонтального с использованием принудительного формирования (ГП); для вертикального с использованием принудительного формирования (ВГ); для всех пространственных, положений с использованием принудительного формирования (УП).
С учетом указанной классификации регламентируется следующая буквенно-цифровая структура условного обозначения сварочных порошковых проволок: марка; диаметр (мм); условия применения; тип;, категория по химическому составу; уровень по ударной вязкости; допустимое, положение сварки; обозначение стандарта.
Обозначение марки проволоки должно начинаться индексом ПП (порошковая проволока), после которого через, дефис, приводится название марки, принятое разработчиком. Например, порошковые проволоки, разработанные в Институте электросварки им. Е.О.Патона АН Украины, имеют маркировку ПП-АН... с последующим числом. Названия марок проволок, разработанных до введения ГОСТ 26271-84, носят произвольный характер ПП-2ДСК,ЭПС-15/2, СП-1,ППВ-5 и т.п.
Пример условного обозначения порошковой проволоки марки ПП-АНЗ диаметром 3 мм, самозащитной (ПС), по величине предела текучести металла шва типа 44, по химическому составу наплавленного металла категории А, обеспечивающей ударную вязкость металла шва не ниже 35 Дж/см2 при температуре минус 20 °С (2), для сварки в нижнем положении (Н):
ПП-АН3 3,0 ПС44А2Н ГОСТ 26271-84.
Учитывая возможность возникновения неблагоприятных санитарно-гигиенических условий при изготовлении и сварке порошковой проволокой, ГОСТ 26271-84, кроме обычных разделов "Технические требования", "Правила приемки", "Методы испытаний" и другие содержит раздел "Требования безопасности и охраны природы".
Наиболее часто порошковую проволоку изготавливают из ленты. Легко деформируемая лента из рулона 1 (рис.6) подается в специальное очистное устройство 2, откуда поступает в ролики 3, предварительно деформирующие из ленты желоб (сечение а-а). Затем из дозатора 4 желоб наполняется шихтой, после чего лента попадает в ролики 5, в которых формируется собственно сечение проволоки (см. сечения б-б и в-в). Фильтрами 6 проволока деформируется до меньшего диаметра (2,0...2,5 мм), затем проходит через волочильный барабан 7 и наматывается на кассету 8.
Рис. 6. Последовательность технологических операций при изготовлении порошковой проволоки
1 – рулон; 2 - специальное очистное устройство; 3,5 – ролики; 4 – желоб;
6 – фильтры; 7 - волочильный барабан; 8 – кассета
По рассмотренной технологии невозможно получить проволоку меньшего диаметра, поэтому в последние годы разрабатывают процессы изготовления порошковой проволоки из стальной пластичной сплошного сечения трубки. Трубку необходимого состава предварительно заполняют порошковым наполнителем, а затем путем волочения через несколько фильер уменьшают ее диаметр до 1 мм. Использование порошковой проволоки малого диаметра расширяет технологические возможности и область применения этого вида сварки.