Электроды для сварки и наплавки

Понятие и классификация по назначению

Сварочный электрод — съемная деталь, необходимая для подведения электрического тока к месту сварки. Представляет собой длинный узкий стержень, овальный или круглый в поперечном сечении.

Для изготовления сварочных электродов используют металлы и их сплавы, реже — неметаллические материалы. Среди распространенных сплавов и чистых металлов: сталь разных марок, алюминий, медь, вольфрам, бронза, латунь. К неметаллическим видам электродов относят углеродные разных модификаций — обычно графитовые или угольные.

Принцип действия. Припои и наплавки

Принцип действия электродов заключается в том, что, являясь хорошими проводниками электрического тока, они позволяют ему достигнуть места сварки. Здесь электрическая энергия преобразуется в тепловую и оплавляет края деталей, соединяемых сваркой.

Эти края могут соединяться сами по себе: разогретые кромки механически стыкуются, а при остывании сплавляются друг с другом в однородную двухкомпонентную среду. Однако чаще для большей эффективности и надежности добавляют припой — сплав, покрывающий место сварки и дополнительно связующий соединяемые детали.

Важно знать:

• Припоем выступает отдельная порция расплавленного металла, который добавляют по каплям на будущий сварочный шов, либо сам электрод. В первом случае вещество электрода не расходуется, а сам он является неплавящимся и может быть как из металла, так и из углеродных веществ.
• Во втором случае стержень полностью или частично разрушается, переходя на сварочный шов. Такие электроды называют плавящимися. Они могут быть сделаны только из металла, причем используется сплав примерно той же температуры плавления, что и сами соединяемые сваркой детали.
• Плавящиеся сварочные электроды также корректно называть электродами для наплавки. Такая процедура применяется не только для соединения металлических деталей, но и для заделывания отверстий и восстановления необходимой толщины стенок в различных металлических изделиях (пайка, паяние).

Плавящиеся электроды для защиты от неравномерного, преждевременного или просто избыточного расходования могут покрывать порошкообразным составом, закрепляемым жидким стеклом или иным подобным веществом. В качестве покрытия используют рутиловые, целлюлозные, кислые или основные составы.

Материал, из которого выполнен стержень, степень его участия в соединении частей конструкции и химическая природа защитного покрытия — три критерия классификации сварочных электродов по ГОСТам 10052-75 и 9467-75. Кроме того, их делят по назначению — в зависимости от того, для сварки каких металлов и сплавов они применяются.

Сварочные электроды общего назначения

Сварочными электродами общего назначения называют стержни, применяемые для соединения деталей из низколегированных и углеродистых сталей с содержанием углерода до 0,25 %. Это популярные материалы для производства широкого спектра товаров массового потребления, включая простые бытовые технические конструкции.

Такие сплавы с учетом сферы применения готовых изделий не требуют высокого качества электродов и сварного шва. Стержни общего назначения доступны и обеспечивают прочность на разрыв до 590 мегапаскалей, а также ударную вязкость, относительное удлинение, угол изгиба. Это наиболее востребованная группа электродов.

Стержни общего назначения обычно являются одновременно припоями или материалом для наплавки. Это позволяет упростить и удешевить оборудование и процесс. Поэтому такие электроды покрывают рутиловым концентратом (оксид титана TiO2), смесью на основе целлюлозы, кислыми составами на основе оксидов кремния, марганца, железа.

Сварочные электроды специального назначения

Теоретически электроды общего назначения можно применять при сварке элементов из любого металла или сплава. Однако качество такого соединения будет низким. Поэтому для работы с более сложными изделиями, системами промышленного производства, энергетики и жизнеобеспечения, требующими высокой надежности и абсолютной герметичности сварки, используют электроды специального назначения.

Они рассчитаны на соединение деталей из конкретного металла или сплава либо в жестко определенных условиях (рабочая среда, температура, давление и т. п.). На практике выделяют следующие виды селективных электродов для наплавки и сварки:

• Электроды для сварки сталей. Необходимы для работы со сплавами высоколегированных марок со значительным (до половины всей массы) содержанием цинка, никеля и других металлов, кроме железа. Такие материалы обладают жаропрочностью, устойчивостью к коррозии, жаростойкостью и другими полезными качества. Электроды для них выпускают неплавящегося и плавящегося типов, покрывают рутиловым, основным и рутил-основным защитным составом.
• Электроды для сварки чугуна. Прежде всего, необходимы не для соединения деталей, а для устранения технологических дефектов в отливках, восстановления изношенных элементов, ремонта прохудившихся емкостей и т. п. манипуляций. При работе с ними применяют метод холодной сварки и наплавки, не требующий предварительного нагрева рабочей области. Электроды для чугуна производят по отдельным техническим условиям из стали, ферроникеля, медных сплавов и т. д.
• Электроды для сварки цветных металлов. Цветными металлами исторически называют все, кроме железа и сплавов на его основе. Это олово, никель, медь, цинк, алюминий и их сплавы (латуни, бронзы, дюрали), а также более редкие и тугоплавкие титан, вольфрам, ванадий, хром. Такие материалы в силу своих физико-химических параметров требуют бережного подхода при работе. Электроды для них изготавливают из чистейших материалов и тщательно прокаливают.
• Электроды для аргонной сварки. Аргон — инертный газ, создающий рабочую среду высокой температуры. Позволяет сваривать тугоплавкие материалы с минимальным естественным расходом вещества электрода. Для аргонной сварки стержни выполняют из вольфрама, температура плавления которого составляет 3 422 °С. Для максимального повышения термической стойкости такого электрода, к вольфраму добавляют металлический торий, оксид циркония, лантана или церия.

Отдельные марки электродов для сварки цветных металлов также подходят для работы с золотом, серебром, платиной и платиновыми металлами: осмием, иридием, палладием и т.д. Имеются модели для сварки и наплавки изделий из тяжелых и редких металлов вроде церия, лантана, тория, бария, тантала, свинца, стронция и некоторых других.