Практичне заняття № 1

Тема заняття: Добір електродів та розрахунок режимів зварювання при електродуговому зварюванні матеріалів.

Мета заняття: 1. Ознайомитися з матеріалами для виконання електродугового зварювання:

- вуглецевих та низьколегованих сталей;

- середньо- та високолегованих сталей;

- кольорових металів та сплавів;

- чавуну.

2. Ознайомитися з використанням видів електродів для ручного електродугового зварювання, а саме:

- вугільних(неплавлених);

- вольфрамових (неплавлених);

- плавлених.

3. Ознайомитися з використанням металевих покритих електродів для ручного електродугового зварювання:

- легованих теплостійких сталей (Т);

- високолегованих сталей з особливими якостями (В);

Наплавки:

- поверхневих шарів для сталей з особливими якостями (Н).

4. Ознайомитися з використанням електродів для ручного електродугового гарячого зварювання чавуну, ручного холодного зварювання чавуну.

5. Ознайомитися з використанням електродів для зварювання кольорових металів і сплавів.

6. Вибрати режими зварювання.

7. Висновки і відповіді на питання для перевірки знань.

Матеріальна база для проведення практичного заняття

1. Стенд зі схемою установок для виконання ручного електродугового зварювання.

2. Стенд з видами електродів для виконання ручного електродугового гарячого зварювання.

3. Методичні рекомендації для проведення практичного заняття.

Методичні рекомендації

1. До матеріалів для електродугового зварювання відносяться: електродний (присадний) дріт, електроди, флюси і захисні гази.

Електродний дріт використовується у якості електрода, який плавиться при автоматичному і напівавтоматичному зварюванні під шаром флюсу і у середовищі захисних газів, при виготовленні електродів для ручного зварювання і прутків для зварювання електродом, який не плавиться, а також при виготовленні прутків для газового зварювання.

Зварочний дріт випускають по ГОСТ 2246-70 наступних діаметрів: 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; 12 мм. Поверхня дроту повинна бути чистою від окалини, іржі та мастил. Поставляють у мотках або котушках масою від 2 до 80 кг.

У залежності від призначення електродний дріт підрозділяють на сталевий, з кольорових металів і сплавів, чавунний.

Сталевий дріт виготовляють з різних за хімічним складом сталей 77 марок і підрозділяють на три основні групи: вуглецеву (6 марок), леговану (30 марок) і високолеговану (41 марка). Вуглецевий дріт марок Св-08, Св-08 А, Св-08 АА, Св-08 ГА, Св-10 ГА, Св-10 Г2 служить для зварювання вуглецевих і деяких марок низьколегованих сталей.

Легований дріт марок Св-08 ГС, Св-08 ГС2, Св-08 ХН2М, Св-08 ХГСМФ, Св-08 ХЗМФБ і ін., використовують для зварювання високолегованих спеціальних сталей. Його маркирують, наприклад, таким чином: Св – 06Х14, Св – 12Х13, Св – 06Х19 Н9Т, Св – 10Х11МФН, Св – 08Х19 Н9Ф2С2, Св – 10Х16 Н25М6.

Позначення стального зварочного дроту включає букви Св (зварочний) і буквено-цифрове позначення його складу. Двозначна цифра після Св – це вміст вуглецю в відсотках, а слідуючі букви і цифри - відповідний вміст легуючих елементів у процентах.

Буква "А" у кінці марки означає, що дріт – високоякісний. Якщо у кінці марки стоїть подвоєна буква А (АА), то даний дріт особо високоякісний (має понижений вміст сірки і фосфору у порівнянні з високоякісним дротом). Наприклад, Св – 08Х19 Н9Ф2С2 – зварочний дріт, вміщує 0,08% вуглецю, 19% хрому, 9% нікелю, 2% ванадію і 2% кремнію, а решта – залізо. Стальний зварочний дріт має умовне позначення.

Наприклад: 4Св – 08А – 0, ГОСТ 2246-70 – зварочний дріт діаметром 4 мм, марка Св – 08А, з обмідненою поверхнею. Якщо буква О відсутня, то дріт зі звичайною (неомідненою) поверхнею.

Для зварювання кольорових металів і сплавів виробляють дріт з алюмінію і його сплавів, міді і її сплавів і інших матеріалів. Для зварювання алюмінію і його сплавів призначається дріт (ГОСТ 7871-75) марок Св – А97, Св – А85Т, Св – АМц, Св – АМгЗ, Св – АМг4, Св – Амг5, Св – АМг6, Св – АК5, Св – АК10 і ін.

Для зварювання міді і її сплавів (латуні і бронзи) виробляють дріт і прутки (ГОСТ 16130-72) слідуючих марок: М1, МСр1, БрХНТ, БрХ 0,7, БрОФ9 – 0,3, БрОФ6,5 – 0,4, БрОФ4 – 0,3, Бр КМцЗ – 1, Л9О, ЛОК59-1-0,3 і ін.

Для зварювання чавуну використовують (ГОСТ 2671-70) чавунні стрижні марок А і Б. В стрижнях марок Б вміщується підвищена кількість кремнію у зрівнянні зі стрижнями марок А.

Стрижні (дріт) марки А використовують у якості присадок при газовому і електродуговому гарячому зварюванні, стрижні марки Б – у якості електродів при напівгарячому і холодному зварюванні.

Для зварювання чавуну використовують також стальний дріт марки Св-08, мідний дріт марок М1, М2, М3, мельхіоровий дріт марки МН19, дріт з монель-металу марки НМЖМц 28-2,5 – 1,5; з константану МНМц 40-1,5, латунний дріт марок ЛМц 58-2, ЛМцЖ 59-1-1 та ЛС 59-1.

При зварюванні і наплавці стальних і чавунних виробів крім дроту суцільного перерізу використовують порошковий дріт, який складається з тонкої стальної оболонки, всередину якої запресована порошкоподібна суміш з феросплавів і залізного порошку. У залежності від призначення і засобу зварювання порошковий дріт виробляють слідуючих марок: ПП-АН1, П-АН2, ПП-АН3, ПП-АН4, ПП-АН5 та ін.; для зварювання і наплавки вуглецевих і легованих конструкційних сталей: марки ПП4-2, ПП4-3, і ін.; для зварювання чавуну: марки ПП-3Х2В8, ПП-Х10В14, ПП-2Г13А і н.; для наплавки під флюсом: марки ПП-2Х3В10-ГТ; ПП-Х12ВФТ, ПП-30Х10Г10Т, ПП-У50Х23Г6Т і ін. Для на плавки у середовищі вуглекислого газу: марки ПП-3Х4ВЗФ-О, ПП-У15Х12М-О, ПП-У25Х17Т-О і ін. – для наплавки відкритою дугою (з внутрішнім захистом).

У марці букви ПП означають „порошковий дріт”, буква У і цифра після неї – вміст вуглецю у наплавленому металі у сотих долях проценту, буква О у кінці марки показує, що дріт призначений для наплавки відкритою дугою. Інші букви і цифри вказують на середній вміст легуючих елементів у процентах.

2. Електроди використовують при ручному дуговому зварюванні і їх поділяють на дві основні групи: неплавкі і плавкі.

Неплавкі електроди ділять на вугільні і вольфрамові; вугільні електроди – на звичайні і графітові. Останні одержують шляхом графітизації вугільних стрижнів, піддаючи їх термічній обробці при температурі 2600˚ С.

Вугільні електроди виготовляють діаметром від 5 до 30 мм і довжиною 200-500 мм.

Добре відпалений звичайний вугільний електрод при ударі дає чисте металеве звучання і при зварюванні не розтріскується. На папері він не залишає сліду. Графітові електроди більш м'які і на папері залишають чорний слід. Вони мають менший електричний опір, тому менше нагріваються і згоряють (окислюються).

Вольфрамові електроди виготовляють з чистого вольфраму і з вольфраму з добавками по 1,5-2,0 % окисів торію, лантану і ітрію.

Добавки цих елементів у значній мірі підвищують емісійну спроможність електродів і знижують катодне падіння напруги. У результаті цього полегшується процес запалювання дуги, збільшується стійкість дугового розряду і підвищується стійкість електроду.

Торирувані, лантановані і ітрировані електроди з конусним шліфованим кінцем виключають блукання дуги, значно підвищують щільність струму і концентрацію тепла у свар очній ванні.

Особливо широко такі електроди використовують при зварюванні титану, алюмінію, магнію та їх сплавів у середовищі інертних газів.

Плавкі електроди використовують при ручному дуговому зварюванні. Вони складаються зі стрижня і покриття. Стрижні виготовляють зі зварочного дроту. Їх довжина залежить від діаметру дроту, наприклад при діаметрі вуглецевого дроту 3мм довжина стрижня складає 350мм, при діаметрі 4мм – 400мм, при діаметрі 5мм – 450мм. Довжина стрижня з легованого дроту може бути меншою.

Електродні покриття наносять на стрижень товщиною від 0,7 до 2,5мм. Вони призначені для стабілізації (покращення стійкості) горіння дуги, створення захисної оболонки з газів для запобігання попадання кисню і азоту навколишнього повітря у краплі розплавленого металу під час їх переходу з електроду у зварочну ванну, утворення шару шлаку на поверхні зварочної ванни для захисту розплавленного металу шва від азоту і кисню оточуючого повітря, розкислення металу шва і уповільнення його застивання, введення у метал шва додаткових легуючих елементів (легування металу шва).

За ГОСТ9466-75 металеві покриті електроди для ручного дугового зварювання сталей і наплавки ділять:

1. за призначенням:

• для зварювання вуглецевих і низьколегованих конструкційних сталей з межою міцності до 600 МПа (У – умовне позначення);

• для зварювання легованих конструкційних сталей з межою міцності більше 600 МПа (Л);

• для зварювання легованих теплостійких сталей (Т);

• для зварювання високолегованих сталей з особливими якостями (В);

• для наплавки поверхневих шарів з особливими якостями (Н);

2. по виду складів покриття:

• з кислим покриттям (А). Кисле покриття (АНО-2, СМ-5, УНЛ-1, КПЗ-32Р, ПЛ-14 і ін.) складається з окислів заліза і мангану (переважно у виді руд), кремнезему, титанового концентрату і феромангану;

• з основним покриттям (Б). Основне покриття (УОНИ 13/45, СМ-11, УП 1/45, ОЗС-2; ДСК-50; ЦЛ-17-63, СЛ-16 і ін.) складається з карбонатів кальцію, магнію і плавікового шпату з додатком феросплавів;

• з рутиловим покриттям (Р). Рутилові покриття (АНО-3, МР-1, ОЗС-3, РБУ-4, ЗРС-1 і ін.) складається з рутила (двоокис титану), кремнезему, карбонатів кальцію, магнію, феромангану;

• з целюлозним покриттям (Ц). Целюлозне покриття (ВСЦ-1, ВСЦ-2, ОЗЦ-1 і ін.) складається з целюлози з додатками рутила, феромангану і силікатів;

• з покриттям сумішкового виду. Позначення складається з букв, які входять у позначення окремих покриттів;

• з іншими покриттями (П);

3. по товщині покриття:

• з тонким покриттям (М);

• з середнім покриттям (С);

• з товстим покриттям (Д);

• з особливо товстим покриттям (Г);

4. по допустимих просторових положеннях зварювання чи наплавки:

• для всіх положень (1);

• для всіх положень, крім вертикального зверху вниз (2);

• для нижнього, горизонтального і вертикального знизу наверх (3);

• для нижнього і нижнього у лодочку (4);

5. по якості виготовлення електродів:

• існують три групи (третя група - найвища);

6. по роду струму і полярності, по номінальній напрузі холостого ходу джерела перемінного струму. Існують групи з 0 до 9.

3. Стальні електроди для зварювання конструкційних сталей (ГОСТ 9467-75) виробляють 14 типів: Э38, Э42, Э42А, Э46А і ін. Буква Э – електрод, цифри (38, 42, 46) – межа міцності на розтягування (кг/мм²). Буква А у кінці марки вказує на високу якість матеріалу електроду.

Стальні електроди для зварювання теплостійких сталей виробляють таких типів: Э-О9М, Э-О9Х1МФ; Э-10Х1М1НФБ і ін. (всього дев'ять типів).

ГОСТ 10052-75 передбачає 49 типів електродів для зварювання легованих сталей з особливими якостями: Э-О4Х2ОН9; Э-О6Х22Н9, Э-О2Х19Н9Б, Э-О8Х2ОН9Г2Б; Э-О8Х14Н65М15В4Г2 і ін. Буквено-цифрове позначення електродів для зварювання теплостійких і легованих сталей з особливими якостями показує, що наплавлений метал шва буде мати хімічний склад, показаний у позначенні даного типу електрода.

На етикетках тари (коробках, пачках чи ящиках) електроди позначають по ГОСТ 9466-75, наприклад:

Э 46-УОНИИ 13/45-5,0-УД2

Е42 2(5)-Б 10 ГОСТ 9466-75, ГОСТ 9467-75

Цей запис можна розшифрувати так: електроди типу Э46, ГОСТ 9467-75 марки УОНИИ 13/45, діаметром 5,0мм, для зварювання вуглецевих і низьколегованих сталей з межею міцності до 600 МПа (У), з товстим покриттям (Д), другої групи якості виготовлення, з показниками наплавленого металу Е43 2 (5), з основним покриттям (Б), для зварювання у всіх просторових положеннях (1) на постійному струмі зворотної полярності (О).

У технічній документації (кресленнях, технологічних картах і інш.) електроди будуть мати скорочене позначення: УОНИИ 13/45-4,0-2, ГОСТ 9466-75.

4. Для ручного електродугового гарячого зварювання чавуну призначені чавунні електроди марок ОМЧ-1, ВЧ-3, ЭПЧ заводу „Станколіт”.

Вони складаються з чавунних стрижнів марок А і Б з покриттям з мармуру, крейди, графіту, феромангану, польового шпату, феросиліцію, карборунда, плавікового шпату, маршаліту, феротитану, силікальцію і ферофосфора.

Для ручного холодного зварювання чавуну використовуються стальні, мідно-залізні, мідно-нікелеві, залізо-нікелеві електроди. У якості стальних електродів використовуються електроди марок Э42, Э42А, Э46, Э46А, Э50, Э50А і ін. з покриттями ОММ-5; ЦМ-7; УОНИИ 13/45 і УОНИИ 13/55.

5. Мідно-залізні електроди мають багато різновидів: мідний стрижень з опліткою з жерсті, з тонким стабілізуючим покриттям, електрод з біметалевого дроту, пучок з мідних і стальних електродів, мідний стрижень з покриттям, у яке введений залізний порошок марки О3Ч-1. Останні електроди мають покриття наступного складу: 50% залізного порошку, 27% мармуру, 7,5% плавікового шпату, 4,5% кварцу, 2,5% феромангану, 2,5% феросиліцію і 6% феротитану.

Мідно-нікелеві електроди маркируються МНЧ-1, у якості стрижня для цих електродів використовують дріт з монель-металу чи з константану, а покриття – основного типу.

Залізо-нікелеві електроди складаються зі стрижня з залізо-нікелевого дроту, який вміщує 40-60% нікелю і 60-40% заліза і покриття основного типу. Найбільш широке розповсюдження отримали залізо-нікелеві електроди марок ЦЧ-3 і ЦЧ-3А.

Інститутом електрозварювання ім.. Є.О. Патона розроблені спеціальні електроди марки АНЧ-1 для холодного зварювання чавуну. Ці електроди мають стрижень з дроту Св-О8Х18Н9, на який одягнена мідна оболонка. На електрод нанесено покриття основного типу, у склад якого входить 40% мармуру, 30% плавікового шпату, 17% кварцевого піску, 5% феромангану, 8% феросиліцію.

Для зварювання міді і її сплавів використовують електроди з мідними, латунними і бронзовими стрижнями. Для зварювання міді використовують електроди з покриттям ММЗ-2, які складаються з 43% симанала (сплав Si, Mn, Al), 30% плавікового шпату, 14% польового шпату, 8% графіту і 5% поташу.

Для зварювання латуні використовують електроди з покриттям, складеним з 30% марганцевої руди, 30% титанового концентрату, 15% феромангану, 5% сірчанокислого калію і 20% крейди.

Для зварювання бронзи використовують електроди з покриттям різних складів, наприклад: 70% карборунда, 10% титанового концентрату, 15% алюмінію і 5% крейди.

Для зварювання алюмінію і його сплавів служать електроди зі стрижнями, ГОСТ 7871-75, у якості покриттів цих стрижнів використовують складові з NaCl, KCl, MgCl₂, кріоліту, флюсу АФ-4А і інш.

6. Вибір режиму зварювання

Форми і розміри шва визначаються режимом зварювання.

Під режимом розуміють сукупність параметрів (показників), які визначають умови протікання процесу зварювання.

При ручному дуговому зварюванні основними параметрами режиму являються: діаметр електроду, мм; величина струму І, А; рід і полярність струму.

Вибирають діаметр електроду при зварюванні у нижньому положенні, керуючись наступними даними:

Товщина металу	0,5 – 1,5	1,5 - 3	3 - 5	6 - 8	9 - 12	13 - 20
Діаметр електроду	0,5 - 2	2 - 3	3 - 4	4 - 5	4 - 6	5 - 6

При зварюванні у вертикальному положенні не треба вибирати електроди діаметром більш ніж 5мм; при зварюванні у стельовому і горизонтальному на вертикальній площині положеннях не рекомендується використовувати електроди діаметром більше 4мм.

Величина зварювального струму може бути орієнтовно визначена дослідною формулою:

Ізв.=К × dел., А,

де К – коефіцієнт, який залежить від діаметру електрода і виду покриття;

dел. – діаметр електрода, мм

dел., мм	1-2	3-4	5-6
К, А/мм	25-30	30-45	45-60

Підвищені значення коефіцієнту К приймають при зварюванні у нижньому положенні; понижені значення К – при зварюванні у вертикальному, горизонтальному на вертикальній площині і стельовому положеннях. Наприклад, при виконанні вертикальних швів зварювальний струм у порівнянні з нижнім положенням зменшують на 10-15%, при стельовому – на 15-20%. Допустима щільність струму у залежності від покриття електроду наведена у таблиці 1.

Таблиця 1.

Допустима щільність струму, А/мм², в електроді у залежності від покриття

Вид покриття	Діаметр електрода, мм
	3	4	5	6
Кисле покриття (А), рутилове (Р) Основне (Б)	14-20 13-18,5	11,5-16 10-14,5	10-13,5 9-12,5	9,5-12,5 8,5-12

Зварювальний струм залежить також від виду виконуваного зварного з'єднання: таврові і нахльосточні з'єднання виконуються підвищеним струмом у порівнянні зі стиковими. Величини зварювального струму при зварюванні електродами деяких марок наведені у таблиці 2.

Таблиця 2. Величини зварювального струму при зварюванні електродами деяких марок

Марка електрода	Діаметр електрода, мм	Зварювальний струм, А, при положеннях шва у просторі
		нижньому	вертикальному	стельовому
АНО-3	3	100-140	100-120	90-110
	4	170-200	140-170	140-160
АНО-4	5	200-270	150-170	-
	6	270-320	-	-
	3	80-110	70-100	70-100
УОНИИ-13/45	4	120-150	100-130	100-130
	5	160-190	140-170	-
	6	190-230	-	-
СМ-11	3	100-130	90-110	90-110
	4	160-200	140-180	140-180
ДСК-50	5	200-240	160-200	-
	6	240-290	-	-

Завдання для визначення величини зварювального струму у залежності від положення, у якому виконують зварювання.

Варіант	Положення при зварюванні	Товщина матеріалу, мм	Діаметр електроду, мм	Марка електроду	Вид покриття електроду	Коефіцієнт К, А/мм	Величина зварювального струму, А
1	Вертикальне	1
2	Горизонтальне	2
3	Стельове	3
4	Нижнє	4
5	Вертикальне	5
6	Горизонтальне	6
7	Стельове	7
8	Нижнє	8
9	Вертикальне	9
10	Горизонтальне	10

Висновки: __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________