Типы и марки сварочных электродов
Электроды для сварки углеродистых и низколегированных сталей
Получение металла шва, равнопрочного основному, обеспечивается выбором типа сварочного электрода, который регламентирует прочностные характеристики сварного соединения. Следует учитывать, что применение электродов с повышенными механическими свойствами наплавленного металла, например, по пределу прочности при растяжении, может привести к снижению работоспособности сварной конструкции.
Для сварки кипящих сталей (низкоуглеродистая сталь, выпускаемая из печи слабораскисленной) используют электроды с любым покрытием.
Для сварки полуспокойных сталей (сталь, полученная при раскислении жидкого металла менее полно, чем при выплавке спокойной стали, но большем, чем при выплавке кипящей стали) при больших толщинах следует применять электроды с покрытиями основного или рутилового видов.
Сварка конструкций из спокойной стали, работающих при низких температурах или при динамических нагрузках, должна выполняться электродами с основным покрытием.
Стабильность горения дуги влияет на качество швов и на возможность сварки переменным током. Наиболее стабильно дуга горит у электродов с целлюлозным, кислым и рутиловым покрытиями. Это позволяет использовать сварочные трансформаторы. Для электродов с основным покрытием требуются только источники постоянного тока.
В нижнем, вертикальном и потолочном положениях шов лучше формируется у электродов с целлюлозным покрытием, так как мелкокапельный перенос электродного металла и высокая вязкость шлака обеспечивают качественное ведение сварки. Хуже формируется шов у электродов с основным покрытием.
При сварке толстостенных конструкций многослойными швами отделяемость шлака является существенным показателем. Электроды с рутиловым, целлюлозным и кислым покрытиями обеспечивают лучшую отделяемость шлака по сравнению с основным покрытием.
Сварка электродами с основным покрытием требует тщательной очистки кромок от ржавчины, масла, грязи во избежание порообразования. Кроме того, электроды с основным покрытием склонны к порообразованию в начальный момент сварки и при сварке длинной дугой.
Электроды для наплавки
Наплавочные электроды обеспечивают получение наплавленного металла разнообразного по химическому составу, структуре и свойствам. По ГОСТ 10051-75 "Электроды покрытые металлические для ручной дуговой наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами" существует 44 типа таких электродов.
Все они имеют основное покрытие. Это обеспечивает лучшую сопротивляемость образованию трещин при наплавке деталей из стали с повышенным содержанием углерода и при высокой жёсткости конструкции.
В зависимости от условий работы конструкций с наплавленными покрытиями, электроды для наплавки могут быть условно разделены на 6 групп.
Электроды для сварки и наплавки чугуна
Такие электроды предназначены для устранения дефектов в чугунных отливках и для восстановления поврежденных и изношенных деталей. Их можно применять и для изготовления сварно-литых конструкций. Электроды для холодной сварки и наплавки чугуна без предварительного подогрева дают наплавленный металл в виде стали, сплавов на основе меди, никеля и железоникелевого сплава. Это марки ЦЧ-4, ОЗЧ-2, ОЗЧ-6 и др. Иногда целесообразно использовать электроды иного назначения. Так, при ремонте чугунных тюбингов в условиях большой загрязненности и высокой влажности лучше брать марку ОЗЛ-25Б. Первые слои на загрязненных чугунах можно выполнять марками ОЗЛ-27 и ОЗЛ-28. Успешно применяют и марку ОЗБ-2М, предназначенную для сварки бронз.
Электроды для сварки цветных металлов
Предназначены для сварки алюминия, меди, никеля и их сплавов. Титан и его сплавы ручной дуговой сваркой покрытым электродом не сваривают из-за интенсивной окисляемости.
Электроды для сварки алюминия. Основная трудность при сварке алюминия и его сплавов - наличие окисной пленки. Температура её плавления 2060°С, тогда как температура плавления алюминия 660°С. Плотная тугоплавкая пленка может нарушить стабильность процесса сварки и таким образом повлиять на качество формирования шва, вызвав появление внутренних дефектов в наплавленном металле. Для удаления окисной пленки в состав покрытия электродов вводят хлористые и фтористые соли щелочных и щелочно-земельных металлов. Эти вещества и обеспечивают качественную сварку.
Электроды для сварки меди и ее сплавов. При сварке меди основная проблема - образование пор в металле шва из-за высокой ее активности при взаимодействии с газами, особенно с кислородом и водородом. Чтобы этого избежать, применяют только хорошо раскисленную медь и тщательно прокаленные электроды. Сварку выполняют по зачищенным до металлического блеска кромкам.
Сварка латуней сложна и опасна для здоровья из-за интенсивного выгорания цинка.
Сварка бронз доставляет трудности ввиду высокой хрупкости и недостаточной прочности в нагретом состоянии.
Электроды для сварки никеля и его сплавов. Сварка никеля и его сплавов затруднена из-за большой чувствительности к растворенным в сварочной ванне газам: азоту, кислороду и водороду, что вызывает образование горячих трещин и пор. Для предупреждения появления этих дефектов необходимо применять основной металл и сварочные электроды высокой чистоты и качественно их подготавливать.
Электроды для резки металла
Дуговая резка металла покрытыми электродами часто используется при монтаже и ремонте металлоконструкций. Она эффективна, так как не требует дополнительного оборудования и специальной квалификации рабочих. Электроды для резки отличаются от электродов для сварки высокой тепловой мощностью дуги, высокой теплостойкостью покрытия, интенсивной окисляемостью жидкого металла. Эти электроды целесообразно применять для удаления дефектных швов или их участков, удаления прихваток, заклепок, болтов, разделки трещин и т.п. Прокалка перед сваркой: 170°С; 1ч.
Электроды для сварки легированных теплоустойчивых сталей
Электроды для сварки легированных теплоустойчивых сталей, должны в первую очередь обеспечить необходимую жаропрочность сварных соединений - способность противостоять механическим нагрузкам при высоких температурах.
Для конструкций, работающих при температурах до 475°С, используют молибденовые электроды типа Э-09М, а при температурах до 540°С - хромомолибденовые электроды типов Э-09МХ, Э-09Х1М, Э-09Х2М1 и Э-05Х2М.
Для конструкций, работающих при температурах до 600°С, применяют хромомолибденованадиевые электроды Э-09Х1МФ, Э-10Х1М1НБФ, Э-10Х3М1БФ.
Электроды Э-10Х5МФ с повышенным содержанием хрома предназначены для сварки конструкций из сталей с повышенным содержанием хрома (12Х5МА, 15Х5М, 15Х5МФА и др.), работающих в агрессивных средах при температурах до 450°С.
Для сварки теплоустойчивых сталей чаще используют электроды с основным покрытием, обеспечивающие прочность наплавленного металла при повышенных температурах, а также малую склонность к образованию горячих и холодных трещин.
Электроды для сварки высоколегированных сталей
Стали, содержащие 13% хрома, считаются высокохромистыми нержавеющими. Они обладают стойкостью против атмосферной коррозии и в слабоагрессивных средах. Это стали 08X13, 12X13, 20X13, которые различаются свариваемостью в зависимости от содержания углерода.
При выборе электродов для сварки таких сталей необходимо обеспечить следующие свойства металла шва: стойкость против атмосферной коррозии и в слабо агрессивных средах, жаростойкость до температуры 650°С и жаропрочность до температуры 550°С. Этим требованиям удовлетворяют электроды типа Э-12Х13 марок ЛМЗ-1, АНВ-1 и др., которые обеспечивают химический состав, структуру и свойства металла шва, близкие характеристикам основного металла.
Для сварки сталей с пониженным содержанием углерода и дополнительно легированных никелем рекомендуются электроды типа Э-06Х13Н марки ЦЛ-41.
С увеличением количества хрома возрастает коррозионная стойкость и жаростойкость высокохромистых сталей. Содержание 17-18% дает коррозионную стойкость в жидких средах средней агрессивности. Такие стали относятся к кислотостойким: 12X17, 08X17Т, 08Х18Т и др. Если количество хрома достигает 25-30%, то возрастает жаростойкость - стойкость против газовой коррозии при температурах до 1100°С. Это жаростойкие стали: 15Х25Т, 15X28 и др. Для серосодержащих сред пригодны стали и электроды, в которых не менее 25% хрома.
Выбор электродов для сварки высокохромистых сталей зависит от количества хрома в свариваемых сталях. Так, для сварки сталей с 17% хрома, к которым предъявляются требования по коррозионной стойкости в жидких окислительных средах или по жаростойкости при температурах до 800°С, рекомендуются электроды типа Э-10X17Т марок ВИ-12-6 и др.
Для сварки сталей с 25% хрома следует применять электроды типа Э-08Х24Н6ТАФМ, придающие металлу шва после отпуска высокие пластичность, ударную вязкость и стойкость против межкристаллитной коррозии.
Сварку высокохромистых сталей следует выполнять при умеренных режимах с уменьшенной погонной энергией. После каждого прохода рекомендуется охлаждать металл околошовной зоны до температуры ниже 100°С, что обеспечивает минимальный рост зерна.
Высокохромистые стали на основе 13% хрома с дополнительным легированием молибденом, ванадием, вольфрамом и ниобием относятся к жаропрочным. Они способны противостоять механическим нагрузкам при высоких температурах. При выборе электродов для этих сталей основное требование - обеспечить необходимый уровень жаропрочности металла шва. Это достигается за счет получения химического состава швов, близкого основному металлу. Такому условию наиболее полно удовлетворяют электроды типов Э-12Х11НМФ марки КТИ-9А, Э-12Х11НВМФ марки КТИ-10, Э-14Х11НВМФ марки ЦЛ-32.
Электроды для коррозионностойких кислотостойких сталей. Основное требование при выборе электродов для сварки кислотостойких сталей - это обеспечение коррозионной стойкости металла шва в жидких агрессивных средах при нормальных и повышенных температурах и давлениях. К наиболее агрессивным жидким средам относятся кислоты и их растворы, которые обладают как окислительными, так и неокислительными свойствами.
Для сварки конструкций из кислотостойких сталей, работающих в неокислительных жидких средах при температурах до 360°С и не подвергающихся термической обработке после сварки, рекомендуются электроды марок ЭА-400/10Т, ЭА-400/10У и др., марок ОЗЛ-8 и др., марки ЭА-606/10 и т.п. Термическая обработка сварных соединений, выполненных этими электродами, не допускается.
Для конструкций, работающих в неокислительных или малоокислительных жидких средах, для которых после сварки необходим отпуск, рекомендуются электроды марки ЭА-898/19 и др., которые обеспечивают стойкость шва против межкристаллитной коррозии как в исходном состоянии, так и после отпуска.
Конструкции, которые эксплуатируются в окислительных жидких средах, например в азотной кислоте, рекомендуется сваривать электродами типа Э-08Х19Н10Г2Б марок ЦТ-15, ЗИО-3 и др.
Для низкоуглеродистых кислотостойких сталей, содержащих до 0,03% углерода, используются электроды типов Э-04Х20Н9 марок ОЗЛ-14А, ОЗЛ-36; Э-02Х20Н14Г2М2 марок ОЗЛ-20 и др.
Электроды для сварки коррозионностойких высокопрочных сталей. Выбор электродов для таких сталей весьма ограничен. Так, для сталей 12X21Н5Т, 08Х21Н6М2Т рекомендуются электроды, дающие металл шва по структуре не однотипный с основным металлом, а иной. В этом случае применяют электроды типов Э-08Х20Н9Г2Б марок ЦЛ-11, ОЗЛ-7 и др. Можно использовать электроды типа Э-09Х19Н10Г2М2Б марок ЭА-902/14, АНВ-36, ЭА-400/13 и др. Для высоколегированных сталей 12Х25Н5ТМФЛ и 10Х25Н6АТМФ предусмотрен один тип электродов - Э-08Х24Н6ТАФМ, к которому относятся электроды марки Н-48. Металл шва равнопрочен основному металлу толщиной до 200 мм. Электроды этого типа можно использовать и для сталей 12Х21Н5Т, 08Х21Н6М2Т. Для сталей 08Х22Н6Т и 08X21Н6М2Т разработаны электроды ОЗЛ-40 и ОЗЛ-41, которые повышают коррозионную стойкость швов при работе в щелочных средах.
Электроды для сварки жаростойких (окалиностойких) сталей. Жаростойкими (окалиностойкими) считаются стали, способные противостоять химическому разрушению поверхности в воздухе или в другой газовой среде при температурах выше 850°С в ненагруженном или слабонагруженном состояниях. Они содержат до 20-25% хрома и работают при температурах до 1050°С и выше.
Жаростойкость наплавленного металла до 1000°С на сталях 20Х23Н13, 20Х23Н18 и др. достигается электродами типа Э-10Х25Н13Г2 марок СЛ-25, ОЗЛ-6, ЦЛ-25.
Для сварки жаростойких сталей, долго работающих при температурах выше 1000°С, следует применять электроды типа Э-12Х24Н14С2 марок ОЗЛ-5, ЦТ-17 и др., а также электроды типа Э-10Х17Н13С4 марки ОЗЛ-29, обеспечивающие жаростойкость до температуры 1100°С в окислительных и науглероживающих средах. Для конструкций, работающих в серосодержащих средах, применяют безникелевые высокохромистые жаростойкие стали 15Х25Т, 15X28 и др.
Электроды для сварки жаропрочных сталей. К жаропрочным относятся стали, которые работают в нагруженном состоянии при высоких температурах в течение определенного времени и обладают при этом достаточной стойкостью против образования окалин. Высокая жаропрочность хромоникелевых сталей достигается за счет увеличения содержания никеля и дополнительного легирования титаном, ниобием, молибденом, вольфрамом и др.
Следует учитывать, что жаропрочность сварных соединений может существенно отличаться от жаропрочности основного и наплавленного металлов. Поэтому выбор электрода по принципу равной или близкой жаропрочности шва и основного металла оправдывается только для кратковременных ресурсов работы сварных соединений. Для длительных ресурсов лучше брать электроды, дающие более пластичный металл шва. Этому принципу соответствуют электроды, легирующие металл шва молибденом, - типа Э-11Х15Н25М6АГ2 марок ЭА-395/9, ЦТ-10, НИАТ-5 и типа Э-08Х16Н8М2 марки ЦТ-26.
Для сварки жаропрочных сталей, содержащих до 16% никеля и работающих при температурах до 600-650°С, а также если сварные соединения после сварки подвергаются термообработке посредством отпуска, применяются электроды типов Э-09Х19Н11Г3М2Ф марок КТИ-5, ЦТ-7 и Э-08Х19Н10Г2Б (см. выше) марок ЦТ-15 и ЗИО-3.
При сварке корневых слоев многослойных стыковых швов жаропрочных сталей, когда перемешивание основного металла с наплавленным велико и не обеспечивает технологическую прочность швов, следует применять электроды типа Э-08Х20Н9Г2Б марки ЦТ-15-1.
Для сварки жаропрочных сталей, содержащих 35% никеля и легированных ниобием, которые работают при температурах до 700-750°С, применяют электроды типа Э-27Х15Н35В3Г2Б2Т марок КТИ-7 и КТИ-7А.
Для сварки жаропрочных сталей с 35% никеля, но без ниобия, однако легированных молибденом и марганцем, используют электроды типов Э-11Х15Н25М6АГ2 марок ЭА-395/9, НИАТ-5, ЦТ-10 и Э-09Х15Н25М6АГ2Ф марки ЭА-981/15. При этом надо учесть, что наплавленный такими электродами металл не стоек против межкристаллитной коррозии в состоянии после сварки и после термической обработки, Поэтому такие электроды непригодны, если конструкция работает еще и в жидкой агрессивной среде. Слои, контактирующие с агрессивной средой, следует выполнять электродами типа Э-07Х19Н11М3 (см. выше) марок ЭА-400/10У и ЭА-400/10Т.
Электроды для сварки разнородных сталей и сплавов
Разнородными сталями и сплавами считаются материалы, резко отличающиеся физико-механическими свойствами, химическим составом и свариваемостью. По признаку разнородности стали условно можно разделить на 4 группы: углеродистые и легированные, легированные повышенной и высокой прочности, теплоустойчивые, высоколегированные.
Сварка разнородных сталей и сплавов может существенно отличаться от сварки однородных материалов, так как возрастает вероятность появления трещин в металле шва, возникновения в зоне оплавления участков со структурной неоднородностью, чрезмерного роста остаточных напряжений из-за большой разницы в коэффициентах расширения свариваемых материалов.
Большинство электродов, используемых при сварке разнородных сталей и сплавов, относятся к электродам, предназначенным для сварки высоколегированных сталей и легированных сталей повышенной и высокой прочности, которые дают шов с однородной высокопластичной структурой металла.
Выбор электрода можно делать по таблице, составленной с учетом отечественного опыта сварки разнородных металлов.
