книги / Ремонт подъемных кранов

По назначению электроды делятся на несколько видов. В частности, марки электродов с индексом У предназначаются для сварки углеродистых сталей с пределом прочности шва до 600 МПа, с индексом Л — для сварки легированных кон­ струкционных сталей с пределом прочности выше 600 МПа. Имеются и другие индексы.

По толщине покрытия различают электроды:

•с тонким покрытием (М) D/d<1,2);

•со средним покрытием (С) D/d = 1,2...1,45);

•с толстым покрытием (Д) D/d = 1,45... 1,8);

•с особо толстым покрытием (Т) D/d > 1,8),

где D — диаметр электрода, d — диаметр стального стержня. ГОСТы на электроды регламентируют также прочность ме­ талла шва, содержание в нём серы и фосфора, пространствен­ ное положение сварки, род и полярность тока, диаметр стер­ жня. Согласно ГОСТам электроды имеют 12-номерное услов­ ное обозначение. Однако в технической документации указы­ вают лишь марку, диаметр стержня, группу по содержанию фосфора и серы. Например, в обозначении УОНИ-13/45-3, 0-2 указаны, марка электрода — УОНИ-13/45; диаметр стерж­

ня — 3,0 мм; группу по содержанию серы и фосфора — 2.

В зависимости от толщины покрытия электрода выполня­ ют различные функции. Тонкие покрытия используют толь­ ко для стабилизации электрической дуги. Другие покрытия, кроме стабилизации дуги, способствуют повышению каче­ ства шва. Наиболее широко применяются электроды с тол­ стыми покрытиями. В состав толстых покрытий входит зна­ чительное число компонентов, группу которых в соответствии с их названием подразделяют на:

ионизирующие (мёл, мрамор и др.);

—газообразующие (органическое соединение);

—шлакообразующие (полевой шпат, песок, гранит, пла­ виковый шпат);

—связующие (жидкое стекло, декстрин и др.);

—раскисляющие;

—легирующие (ферромарганец, ферросилиций и др.).

Первые четыре из перечисленных групп всегда входят в состав качественного покрытия. Что касается легирующих компонентов, то они вводятся в покрытия лишь в случаях, когда требуется путём изменения химического состава свар­ ного шва придать ему необходимые свойства. Компоненты некоторых покрытий, особенно так называемых рудно-кис­ лых, выпускавшихся длительное время, выделяют токсич­ ные газы — окись углерода, фтористые соединения. В насто­ ящее время в нашей промышленности применяются преиму­ щественно нетоксичные рутиловые электроды. Применяют­ ся также электроды с ильменитовым, фтористо-кальциевым

иорганическим покрытиями.

Врудно-кислых покрытиях электродов шлакообразующую основу составляют окислы железа и марганца преимуществен­ но в виде руды, также полевой шпат, пегматит и другие алю­ мосиликаты. В покрытие вводятся органические составляю­ щие — крахмал, декстрин, древесная мука, которые, разла­ гаясь при сгорании, обеспечивают газовую защиту металла шва и околошовной зоны. Окись железа Fe03 в процессе свар­ ки, взаимодействуя с железом, превращается в закись желе­ за FeO, который затем восстанавливается марганцем, вводи­ мым в покрытие в виде ферромарганца. Основная часть мар­ ганца при сварке окисляется и переходит в шлак, а неболь­ шая часть растворяется в металле шва, легируя его. Металл шва, наплавленный рудно-кислым электродом, как правило, содержит до 0,12 % С, до 0,10 % Si, 0,6...0,9 % Мп и 0,05 % S

иР. Металл шва может иметь также 0,09...0,12 % 0 2, 0,015...0,025 % Н2 и 20...25 см3 /100 Н2. Используя электро­ ды с рудно-кислым покрытием, можно варить постоянным и переменным током во всех пространственных положениях. Их технологические характеристики приведены в табли­ це 3.10.

Рудно-кислые покрытия часто способствуют образованию кристаллизационных трещин в металле шва, являясь причи­ ной высокого содержания в нём газов и неметаллических вклю­ чений. Рудно-кислые покрытия влияют на снижение концен-

трации серы в металле шва. Поэтому применение электродов с повышенным содержанием серы для сварки конструкций, испытывающих напряжённое состояние, не рекомендуется. Высокая температурная прокалка электрода с рудно-кислым покрытием снижает концентрацию водорода в металле шва.

Чрезмерное раскисление сварочной ванны марганцем спо­ собствует развитию кремневосстановительных процессов и соответственно повышение концентрации кремния, который, будучи поверхностно-активным элементом, адсорбируется на поверхности металла шва, ухудшая условия дегазации, что может привести к образованию пор. По механическим свой­ ствам металл шва может иметь следующие показатели при сварке малоуглеродистых сталей:

= 420 МПа, 8 = 18 % , if/ = 8 % . Шлакообразующую основу рутиловых покрытий состав­

ляет рутиловый концентрат, содержащий преимущественно двуокись титана, алюмосиликата, полевой шпат, каолин, карбонаты, мрамор и магнезит. Последние два вместе с огра­ ниченными компонентами покрытия обеспечивают газовую защиту сварочного соединения. Раскисление сварочной ван­ ны осуществляется марганцем, входящий в состав покрытий в виде ферромарганца. Первая группа — рутилалюмосиликатная — содержит не более 5 % карбонатов, вторая — рутилкарбонатная — 10... 15 % . Вторая группа электродов дает более высокую основность, а это повышает ударную вязкость металла шва. Рутилкарбонатные покрытия имеют электро­ ды АНО-3, АНО-4, АНО-5, МР-1, МР-3; рутилалюмосили­

Электронные покрытия на основе минерала FeO, ТЮ2 при­ нято называть ильметовыми. К ним относятся электроды типа ОМ-5, имеющие ряд существенных недостатков — повышен­ ное разбрызгивание металла, не благоприятные гигиеничес­ кие характеристики и т.п. Однако ильменитовые электроды имеют хорошие сварочно-технологические качества. При этом получают следующие механические свойства металла шва сг = 420 МПа, 5 = 18 %, у/ = 8 %. Увеличение содержания железа повышает производительность процесса до 15...20 % . При этом улучшаются санитарно-гигиенические свойства труда сварщика (электрод АНО-6).

Широко применяются фтористо-кальцыевые покрытия, шлакообразующие компоненты которых составляют в основ­ ном плавиковый шпат (CaFe) и карбонаты кальция и магния (мрамор, мел, магнезит), выделяющие углекислый газ при сварке. В результате разложения последних создаётся газо­ вая защита шва. Раскисление металла шва производят мар­ ганец, кремний, титан или алюминий, входящий в состав покрытия в виде феррорасплавов или отдельных металли­ ческих порошков. Активные раскислители — кремний, ти­ тан, алюминий — обеспечивают низкое содержание кислоро­ да в металле шва; образовавшиеся при этом стойкие окислы металлов растворяются плавиковым шпатом и переходят в шлак. Содержание кислорода в металле шва не превышает 0,03...0,05 % , азота — 0,010...0,015 % , не металлических включений — 0,1 % , водорода в металле шва — не более 5...7. Металл шва, наплавленный этими электродами, содер­ жит 0,5...1,5 % Mn, 0,3...0,5 % Si, Р и S — не более 0,035 % . Низкая концентрация фосфора и серы обусловлена рафини­ рующем действием плавикового шпата в шкале.

Фтористо-кальциевые покрытия чувствительны к воздей­ ствию влажной атмосферы, поэтому для предотвращения образования пор в металле шва целесообразно прокалить элек­ трод перед употреблением при температуре 300...350 °С. Кром­ ки сваренного металла необходимо хорошо очистить от ржав­ чины и загрязнений. Шов, выполненный с соблюдением этих

правил, даёт высокое значение ударной вязкости как при положительных, так и при отрицательных температурах, стоек против старения. Фтористо-кальциевые электроды при­ меняются при сварке постоянным током обратной полярнос­ ти. Сварочно-технологические характеристики швов, полу­ ченные от электродов с фтористо-кальциевыми покрытиями, приведены в таблице 3.12.

Таблица 3.12

Сварочно-технологические коэффициенты швов, сваренных электродами с фтористо-кальциевыми покрытиями

Механические свойства металлов швов, сваренных элек­ тродами с фтористо-кальцевыми покрытиями колеблются: <т = 450...560 МПа, ат= 350...440 МПа, 5 = 24...30 %, аН = 1,8...2,7 МДж/м2. В ряде случаев, особенно при вы­ полнении потолочных швов, используются электроды с орга­ ническими покрытиями, обеспечивающие газовую защиту расплавленного металла благодаря образованию газов при разложении покрытия. В качестве шлакообразующих ком­ понентов к покрытию вводится рутил, титановый концент­ рат, марганцевая руда, алюмосиликаты и карбонаты. В по­ крытие вводится также ферромарганец, служащий раскислителем. Наибольшее распространение получили электро­ ды ВСЦ-4 и ВСЦ-4А с целлулоидом, который обеспечивает &в = 440...600 МПа, ат= 350... 490 МПа, 8 = 20...28 % и аН=1,1...1,6 МДж/м2. В металле шва обычно содержится 0,04...0,10 % 0 2, 0,02 % N2 и 25...35 см3/100 г Н2. Недостат­ ком электродов этого типа являются большие потери (до 20 % ) металла от разбрызгивания.

Для горячей сварки чугуна с нагревом до 600...650 °С ис­ пользуются чугунные электроды, сердечники которых изго­ товлены из чугуна. В таблице 3.13 приведены составы по­ крытий чугунных электродов.

Таблица 3.13

Составы покрытий чугунных электродов, % (по массе)

Полугорячая сварка чугуна (нагрев до 400 °С) даст хоро­ шие результаты при использовании в качестве стержня прут­ ков из никелевых чугунов — нирезиста и никросилала (таб­ лица 3.14). Покрытие стержня: карборунд — 55 %; углекис­ лый барий — 23,7 %; жидкое стекло — 21,3 % . Толщина покрытия должна составлять 0,5...0,8 мм при стержне диа­ метром 7...8 мм.

Таблица 3.14

Состав электродных стержней из никелевых чугунов

Горячая, полугорячая или холодная сварка может произ­ водиться также порошковыми проволоками (таблица 3.5).

Для холодной сварки чугуна используются электроды, характеристика которых приведена в таблице 3.15.

Для ручной электродуговой сварки алюминием разрабо­ тан электрод ОЗА-1, алюминиевых сплавов — электрод ОЗА-2 (таблица 3.16).

Существуют также электроды для наплавки, регламенти­ рованные ГОСТ 10061-76 «Электроды металлические Для дуговой Наплавки поверхностных слоёв 6 особыми свойства­ ми», в котором приводятся 43 марки электродов с указанием химического состава наплавленного метала и его твёрдости. Полное обозначение наплавочных электродов производится по тому же принципу, что и сварочных. Например, в техни­ ческих документах электроды первой группы ОЗН-ЗУ для наплавки диаметром 4 мм имеют обозначения: ОЗН-ЗУ-4,0-1

(ГОСТ 9466-75). В таблице 3.17 приведены характеристики некоторых марок электродов для ручной наплавки.

3.4.5 Ручная электродуговая сварка и наплавка стальных деталей

В ремонтном производстве ручную электродуговую сварку обычно применяют при устранении в деталях трещин и взло­ мов небольших размеров, когда применение механизирован­ ных способов сварки нерационально, а также при сварке де­ талей сложной формы.

Ручную наплавку применяют при восстановлении изно­ шенных поверхностей деталей небольших размеров, а также при восстановлении гладких и резьбовых отверстий диамет­ ром менее 25 мм.

Перед выполнением сварочных и наплавочных работ про­ изводят подготовку деталей к сварке. Объём и характер ра-