3.5. Процесс дуговой сварки

Ручную электродуговую сварку можно осуществлять металли­ческим (плавящимся) электродом, угольным электродом без защи­ты, a также угольным или вольфрамовым электродами в среде за­щитных газов.

Электро­ды после зажигания дуги перемещают вдоль заготовки. В процессе сварки металлическим покрытым электродом (рис. 6) дуга 8 горит между стержнем электрода 7 и основным металлом 1. Стержень электрода плавится, и расплавленный металл каплями стекает в металлическую ванну 9. Вместе со стержнем пла­вится покрытие электрода 6, образуя газовую защитную атмосферу 5 вокруг дуги и жидкую шлаковую ванну 4 на поверхности распла­вленного металла.

Рис. 6. Схема процесса сварки ме­таллическим

покрытым электродом

Металлическая и шлаковая ванны вместе обра­зуют сварочную ванну. По мере движения дуги сварочная ванна затвердевает и формируется сварной шов 3. Жидкий шлак после остывания образует твердую шлаковую корку 2.

В перегретой сварочной ванне протекает ряд металлургических процессов: испарение или окисление (выгорание) некоторых легиру­ющих элементов, например углерода, марганца, кремния, хрома и др., и насыщение расплавленного металла кислородом, азотом и водородом из окружающего воздуха. В результате возможно изменение состава сварного шва по сравнению с электродным и основным металлом, а также понижение его механических свойств, особенно вследствие насыщения шва кислородом. Для обеспечения заданных состава и свойств шва в покрытие вводят легирующие элементы и элементы-раскислители.

Кристаллизация сварного шва начинается от границ оплавлен­ного основного металла и протекает путем роста столбчатых кристал­литов к центру шва. Вследствие дендритной ликвации примеси располагаются по границам кристаллитов, где они могут образовать легкоплавкие эвтектики и неметаллические включения. Это снижает механические свойства шва и в отдельных случаях может быть причиной образования горячих трещин.

Ручная дуговая сварка при­меняется главным образом в изде­лиях, имеющих короткие и преры­вистые швы, швы сложной конфи­гурации, т. е. там, где трудно или невыгодно применять автоматические методы сварки. Положительной сто­роной ручной сварки является возможность производить сварку в любом пространственном положении, что особенно важно для сварки в монтажных условиях.

К недостаткам ручной дуговой сварки относятся: трудности сварки тонкого материала (менее 1…2 мм), длительный срок обучения свар­щика высокой квалификации (1,0…1,5 г), большая зависимость качест­ва сварки от индивидуальных особенностей сварщика, малая произво­дительность.

Ручной дуговой сваркой можно сваривать стали, чугун, медь и медные сплавы. Естественно, что для каждого металла и его сплавов необходимо применять соответствующие электродные проволоки и покрытия.

3.6. Электроды для ручной дуговой сварки

Электроды для ручной сварки представляют собой стержни с нанесенными на них покрытиями. Стержень изготовляют из сва­рочной проволоки повышенного качества. Стандарт на стальную сварочную проволоку предусматривает 77 марок проволоки диа­метром 0,2…12 мм.

На электроды наносят специальные покрытия с целью:

1) создания шлаковой и газовой защиты расплавленного металла сва­рочной ванны (шлак защищает и капли металла в процессе перехода их с электрода в шов, обволакивая их);

2) раскисления наплавленно­го металла с помощью добавок в покрытие таких элементов, как Mn, Si, Ti, A1 в виде ферросплавов или чистых элементов;

3) легирования наплавлен­ного металла, что позволяет из­менять его химический состав, а также расширяет возможность получения требуемых свойств наплавленного металла;

4) улучшения стабильности горения дуги посредством вклю­чения в покрытие элементов с ма­лым потенциалом ионизации.

Для изготовления электродов должны быть правильно подобраны электродная проволока и состав покрытия электродов. Марки проволоки имеют условное обозначение, например Св-08ГА: первые две буквы означают, что эта проволока сварочная, следующие за ними цифры и буквы характеризуют содержание различных элементов в металле проволоки – первые две цифры – выраженная в сотых долях процента массовая доля углерода, в данной марке она равна 0,08%. Буква Г указывает на содержание в проволоке марганца, в данном случае 0,8…1,1%, а буква А – на изготовление ее высококачественной стали с уменьшенным содержанием вредных примесей (серы и фосфора). В других марках после первых двух цифр, указывающих на содержание углерода, ставятся буквы и цифры: обозначают содержание отдельных элементов, цифры – их массовую долю в процентах.

В проволоке Св-10Х11ВМФН содержится в процентах: углерода 0,1; хрома 10…12; вольфрама 1…1,4; молибдена 1…1,3; ванадия 0,25…0,5; никеля 0,9…1,1.

Предусмотрено 14 типов электродов для конструкционных сталей и 9 типов для теплоустойчивых сталей. Типы электродов для сварки конструкционных сталей обозначают буквой Э, после которой следуют цифры минимального временного сопротивления наплавленного этим электродом металла в кгс/мм², например электроды Э42 должны гарантировать минимальное временное сопротивление 420 МПа. Буква А, стоящая после цифр (например, Э46А) означает, что электроды этого типа обеспечивают более высокие пластические свойства наплавленного металла, чем без буквы А. Типы электродов для сварки теплоустойчивых сталей также обозначают буквой Э, после которой следуют буквы и цифры, характеризующие химический состав наплавленного металла.

Каждому типу электродов может соответствовать несколько марок электродов. Марка электродов характеризуется определенным составом покрытия, маркой электродного стержня, технологическими свойствами, свойствами металла шва.

Условное обозначение электродов для сварки конструкционных сталей состоит из обозначения марки электрода, типа электрода, диаметра стержня, типа покрытия и номера ГОСТа. Например, УОНИ-13/45-Э42А-4,0-Ф ГОСТ 9467—75 расшифровывается: УОНИ-13/45 – марка электрода; Э42А – тип электрода; 4,0 – диаметр электродного стержня в мм; Ф – фтористо-кальциевый тип покрытия.