Які існують види електродів? Типи і види електродів

Зварювання являє собою технологічний процес отримання надійних з'єднань шляхом нагрівання кромок деталей до температури плавлення. Ручна дугова – найбільш поширений її вид. Цей спосіб високопродуктивен, універсальний, технологічно простий і доступний в домашніх умовах.

Суть РДС

Кромки деталей, що з'єднуються плавляться за рахунок виділеної теплоти іонізованим потоком частинок між катодом і анодом – електричною дугою. Іонізація відбувається внаслідок наявності струму і короткого замикання між двома полюсами при постійних або змінних характеристики.


Інструментом, використовуваним для створення і горіння дуги, є електрод – стрижень металевого або неметалевого походження. Робота може виконуватись як одним, так і декількома стержнями з можливістю створення додаткової дуги між ними (зварювання трифазної дугою). Іонізований потік електронів оточений випарами з інструменту і його покриття, плавкого металу деталей, що з'єднуються, результатів їх взаємодії з повітрям. Види електродів для зварювання визначаються з урахуванням всіх характеристик, властивих конкретному матеріалу.

Класифікація стрижнів за матеріалом виготовлення

За своєю суттю всі зварювальні інструменти для РДС діляться на плавляться та не плавляться.

Плавляться: металеві інструменти, виготовлені з чавуну, сталі, алюмінію, міді (в залежності від типу зварюваного металу). Стрижень виступає катодом або анодом, а також виконує функції присадочного матеріалу для заповнення зварювальної ванни і утворення шва.

Не плавляться: стрижні вугільні, з графіту з вольфраму; виконують тільки первинну функцію; додатково використовується присадочная металевий дріт; вольфрамові потрібні при аргонодугового зварюванні.

Серед першої групи виділяють основні види електродів:

Без покриття. Цей тип інструментів не використовується для РДС.

Покриті. Відповідне покриття застосовується для підтримки стабільності дуги, захисту металу від вигоряння, від впливу газів, підвищення механічних характеристик шва шляхом природного легування (попадання легуючих елементів з плавящего стрижня в зварювальну ванну).

Застосування по виду робіт

Види електродів для ручного дугового зварювання, перераховані вище, мають індивідуальне застосування в залежності від способи робіт. Вугільні непокриті електроди – первинне зварювальне винахід, яке належить Н. Н. Бенардосу і відноситься до 1882 року – використовуються і в сучасності. Особливості: постійний струм, пряма полярність, додаткова подача присадного дроту, дуга стабільна, стрижень згоряє повільно, навуглерожування не відбувається. Застосування зворотної полярності знижує характеристики дуги і шва (він навуглецьовується). Металеві електроди – наступне винахід у сфері технології зварювання, яке належить Н. Р. Славянову (1888 р.). Разом з ними зародилися прообрази сучасних зварювальних апаратів. Зварювання з допомогою плавящихся стрижнів знайшло більш широке застосування в промисловості і отримав активний розвиток. На сьогоднішній день використовується в ручний дугового автоматичного і напівавтоматичного (під флюсом) зварюванні.
Вольфрамовий електрод, внаслідок високої температури плавлення 3422?Застосовується в якості неплавящегося при аргонодугового зварюванні. Таким чином, різних зварювальних технологій відповідають конкретні види електродів.

Розподіл за призначенням

Призначення – це та характеристика, згідно з якою розподіляються абсолютно всі відомі електроди. Види і застосування стрижнів позначається однією літерою (ГОСТ 9466-75):

конструкційні сталі, в тому числі низьколеговані з міцністю 60 кгс/мм 2 (600 Мпа) в маркуванні позначаються літерою «У» – вуглецеві;

леговані конструкційні сталі, які мають міцність 600 Мпа – «Л»;

високолеговані конструкційні сталі – «В»;

теплостійкі леговані сталі – «Т»;

сплави з особливими властивостями, для яких характерна наплавка – «Н».

Призначення вказується в розгорнутій марці.

Покриття стрижнів

Різноманітні за складом і походженням покриття використовуються в індивідуальних випадках для різних матеріалів. Застосовуються наступні види покриття електродів:

Кислі «А». Містять феромарганець і феросиліцій. Застосовуються для прямого або постійного струму. Характеризуються високими швидкостями плавлення. Краще використовувати для нижніх швів.

Рутилові «Р». Містять рутил (двоокис титану), карбонати, алюмосилікати, феромарганець, рідке скло. Зварювання швів будь-якого положення і типу прямим або постійним струмом. В результаті послідовних хімічних реакцій утворюється захисний шлак, який попереджає вигорання елементів. Хороша якість зварних з'єднань, низька токсичність.

Целюлозні «Ц». До складу входять целюлоза, марганцева руда, тальк, рутил, феромарганець. Утворюються захисні гази навколо дуги і зварювальної ванни. Для всіх швів; висока швидкість виконання робіт; гарна якість; не можна допускати перегріву; великі втрати при розбризкуванні. Використовуються для нероз'ємних з'єднань трубопроводів.

Основні «Б». У складі карбонати і фториди кальцію. Відбувається утворення захисного вуглекислого газу внаслідок реакції вуглецю з карбонатів з киснем горіння дуги. Бажано виконувати роботи під постійним струмом з полярністю в зворотному напрямку. Під час зварювання під змінним виходить низькоякісний шов, потрібні додаткові технології для підвищення його механічних характеристик.

Інші «П». Містять легуючі елементи. Якість шва підвищується за рахунок введення в нього певної кількості легуючих елементів з плавящего електрода.

Спеціальні. Містять рідке скло з смолосодержащими речовинами. Захищають від проникнення вологи. Застосовуються для зварювання під водою.

Конкретні призначення мають всі покриті електроди. Основним видом покриття є рутиловое внаслідок своєї універсальності. Покриття виконують захисні функції шляхом розкислення сплаву в зварювальній ванні, додати в нього легуючих елементів, освіти ореолу захисних газів або шлаку. Це дозволяє уникнути нижчої якості шва, ніж у матеріалів кромок деталей, забезпечити формування добротних зварних з'єднань.

Вимоги до інструментів, які встановлені ГОСТ 9466-75

Електроди повинні бути виготовлені з якісного матеріалу.

Покриття повинне бути цілісним, не мати значних дефектів (допускається існування дрібних вм'ятин і тріщин без здуття і пористості).

Висока механічна стійкість до випадкових ударних навантажень.

Різні види покриття електродів повинні рівномірно оплавлятися, не обсипатися, не утворювати нерівних острівців, не розбризкується понад допустимих характеристик.

Стрижень повинен забезпечувати освіту якісного шва: без тріщин, пор, місцевого надлишку наплавленого металу.

Раціональний вибір в відповідності з урахуванням всіх необхідних параметрів і дотримання технології – запорука формування міцного надійного з'єднання.

Вибір стрижня в залежності від розміру

Починаючому зварнику більш відомі види електродів, які визначаються за розміром. Діаметр інструменту, за допомогою якого будуть проводитися роботи, вибирається строго у відповідності з товщиною зварюваної деталі. Він не шифрується, а чітко зазначається в маркуванні інструменту. Довжина електрода також фіксована у відповідності з його діаметром. Важливо мати поняття про довжину зачищеного непокритого кінця інструмента.

Товщина підготовлених кромок, мм



Діаметр електрода, d, мм



Довжина електрода, мм



Довжина зачищеного непокритого кінця, мм



до 2



2



200-250



20



від 3 до 5



3-4



300-450



25



від 6 до 8



4-5



350-450



25



від 9 до 12



5-6



350-450



30



від 13 до 15



6-7



450



30

Для домашніх зварювальних робіт найбільш часто використовуються види електродів для дугового зварювання з діаметром 2-4 мм Товсті стрижні застосовні в ремонтних майстернях і на виробництві.

Товщина покриття

Вона має своє позначення у маркуванні інструменту. Визначається коефіцієнтом її відносини D (мм) до товщини самого стрижня d (мм). Розподіляється на 4 групи:

тонке «М» (коефіцієнт 12);

середнє (коефіцієнт має значення в межах від 12 до 145);

товсте «Д» (коефіцієнт – в межах 145-18);

особливо товсте «Р» (значення коефіцієнта понад 18).

На результати робіт впливають не тільки види покриттів електродів ручного дугового зварювання, але і товщина самого покриває шару, а також розміри стержня. Правильний підбір розміру електрода забезпечує гарну швидкість робіт, якісні параметри дуги і формованого з'єднання.

Вибір стержнів залежно від типу шва і його просторового положення

Шви мають декілька класифікацій:

Залежно від дії основних сил: флангові, лобові, косі, торцеві.

У відповідності з положенням зварюваних деталей: стикові, кутові, таврові з'єднання внакладку.

В залежності від наявності скосу кромок: зі скосом, без скосу.

Згідно з положенням у просторі: нижні, верхні, горизонтальні, вертикальні.

На вибір впливає просторове положення шва. Його тип позначається у маркуванні стрижня.

1 – для зварки у всіх положеннях;

2 – виключення відносяться лише до вертикальних швах зверху вниз;

3 – для нижніх швів, горизонтальних у вертикальній площині, вертикальних знизу вгору;

4 – для нижніх швів.

Тип шва щодо просторового положення враховується при визначенні значень струму.

Вплив електричних параметрів дуги на вибір зварювальних інструментів

Зварювання може здійснюватися під прямим або постійним струмом прямої (мінус на електроді, «плюс» на виробі) або зворотної полярності. Вибір залежить від зварюваного матеріалу та його властивостей. Вид струму визначається джерелом живлення. В якості основного обладнання, що генерує і (або) перетворює струм, можуть використовуватися: трансформатори і осцилятори (знижують напругу мережі до необхідних значень), перетворювачі і випрямлячі (перетворюють змінний струм мережі в постійний струм зварювального процесу). Параметри, необхідні для запалення дуги, значно відрізняються від тих, які простежуються під час її підтримки. Напруга, необхідне для швидкого утворення дуги, називається напругою холостого ходу. Розглянемо значення напруги, необхідні для запалення дуги і для підтримки її горіння.

Вид струму



Напруга холостого ходу, В



Напруги для підтримки дуги, В



Змінний



50-80



20-30



Постійний



45-50



16-25

Види зварювальних електродів розрізняються в залежності від мережевих характеристик і позначаються цифрами від 0 до 9:

0 – лише для постійного струму зворотної полярності;

1-9 – для будь-яких струмів;

147 – будь-яка полярність;

258 – пряма;

369 – зворотний;

1-3 – напруга холостого ходу 50 В;

4-6 – 70 В;

7-9 – 90 Ст.

Вибір впливає на особливості технології та якісні характеристики швів. Так, найменшу глибину проварювання забезпечує робота зі змінними параметрами мережі. Використовується для невибагливих матеріалів і нескладних конструкцій. При зварюванні дугою з постійними характеристиками і зворотною полярністю глибина зварювальної ванни і механічні властивості шва виходять на 50% вище, ніж навіть при прямий полярності. Використовують для неподатливих матеріалів і відповідальних конструкцій.

Визначення сили струму

При дугового зварювання ручного типу вона може бути різною – від 30 до 600 А. Вибір необхідного значення здійснюється залежно від діаметра робочого електрода і типу шва щодо просторового положення. Обчислюється наступним чином:

Для нижніх швів: I=d*k.

Для верхніх – I=k*d*08.

Для горизонтальних – I=k*d*085.

Для вертикальних швів – I=k*d*09.

де I – сила струму, А; d – діаметр, мм; k – коефіцієнт, А/мм. Коефіцієнт залежить від діаметра стержня:

для електродів товщиною 1-2 мм k=25-30 А/мм;

3-4 мм k=30-45 А/мм;

5-6 мм k=45-60 А/мм.

Підвищення сили прискорює робочий зварювальний процес. Перебільшення допустимих значень може привести до перегріву кромок, надмірного вигорання компонентів, погіршення якості зварного шва.

Маркування

З метою розгляду всіх нюансів маркування важливо привести стандартний приклад у відповідності з ГОСТ 9466-75 і 9467-75: (Е42А-УОНИ-13/45-30-УД)/(Е432(5)-Б10).

Марка: УОНІ-13/45.

Тип: Е42А – електрод для РДС, забезпечує міцність шва 420 Мпа підвищеної пластичності (А).

30 – діаметр 3 мм

У – для зварювання вуглецевих і низьколегованих сталей конструкцій.

Д – товсте покриття.

Е432 (5) – індекси, у яких зашифровані характеристики з'єднання і наплавленого металу.

43 – міцність на розрив не менше 430 Мпа;

2 – відносне подовження не менше 24%;

5 – зварювання можлива при температурі до -40?С; при цьому забезпечується мінімально допустиме значення ударної в'язкості металу 34 Дж/см 2 .

Б – основне покриття.

1 – просторове положення шва: будь-яке.

0 – зварювання тільки дугою з постійними характеристиками і прямої полярності.

Використання різних типів і марок зварювальних інструментів

Все розглянуте вище, відносяться більше до маркування електродів для РДС сталі. Важливо навести приклади використовуваних стрижнів для різноманітних чорних і кольорових металів. Нижче представлені найбільш поширені типи. Види електродів розподіляються залежно від металу, що зварюється і заданих типових механічних характеристик шва. Вуглецеві низьколеговані сталі зварюються стрижнями типів:

Е42: марки АНО-6 АНО-17 ВСЦ-4М.

Е42: УОНІ-13/45 УОНІ-13/45А.

Е46: АНО-4 АНО-34 ОЗС-6.

Е46А: УОНІ-13/55 АНО-8.

Е50: ВСЦ-4А, 550-У.

Е50А: АНО-27 АНО-ТМ, ІТС-4С.

Е55: УОНІ-13/55У.

Е60: АНО-ТМ60 УОНИ-13/65.

Леговані сталі підвищеної міцності:

Е70: АНП-1 ТА АНП-2.

Е85: УОНИ-13/85 УОНІ-13/85У.

Е100: АН-ХН7 ОЗШ-1.

Високоміцні леговані сталі: Е125: НДІ-3М, Е150: НІАТ-3. Наплавлення металу: ОЗН-400М/15Г4С, ЕН-60М/Е-70Х3СМТ, ОЗН-6/90Х4Г2С3Р, УОНІ-13/Н1-БК/Е-09Х31Н8АМ2 ЦН-6Л/Е-08Х17Н8С6Г, ОЗШ-8/11Х31Н11ГСМ3ЮФ. Чавун: ОЗЧ-2/Cu, ОЗЧ-3/Ni, ОЗЧ-4/Ni. Алюміній і сплави на його основі: ОЗА-1/Al, ОЗАНА-1/Al. Мідь і сплави на її основі: АНЦ/ОЗМ-2/Cu, ОЗБ-2М/CuSn. Нікель і його сплави: ОЗЛ-32. З наведеного переліку можна зробити висновок про те, що маркувальна система дуже складна, при цьому заснована на приблизно однакових принципах шифровки характеристик стрижня, його покриття, діаметра, наявності легуючих елементів. Якість зварювального з'єднання залежить від раціональної технологічної схеми. На те, які види електродів вибирати, впливають наступні фактори:

Зварюваний матеріал і його властивості, наявність легуючих елементів і ступінь легування.

Товщина виробу.

Тип і положення шва.

Задані механічні властивості з'єднання або наплавленого металу.

Починаючому зварнику важливо орієнтуватися в основних принципах вибору і маркування інструментів для зварювання сталі, а також оперувати розподілом марок стрижнів за призначенням, знати основні види електродів і раціонально їх застосовувати під час зварювальних робіт.