Каждый специалист в области сварки должен разбираться в отличиях между разнообразными типами электродов. Чтобы сделать этот материал максимально структурированным и доступным для восприятия, мы разделили наших подопечных в этом обзоре на различные категории в зависимости от различных параметров. Пользуясь этими критериями, вы сможете выбрать наилучший вариант для своих нужд.
Что такое электроды и где они применяются: виды по материалам
В процессе создания металлоконструкций или выполнения прочих ремонтных и строительных работ без сварки нельзя обойтись. Это соединение считается довольно сложным процессом, требующим использования специального оборудования, а также расходных материалов — электродов.
Что же такое электрод? Сварочный электрод представляет собой стержень, который может быть как с покрытием, так и без него, и используется для сварки и соединения кромок деталей. Каждый вид сварки предполагает выбор определенного типа присадочного металла, который необходимо подбирать в зависимости от необходимых технологических характеристик и качественных параметров.
Что такое?
Структурные параметры электродов в целом идентичны, невзирая на различия в областях применения. Из каких материалов изготовлены электроды? Основные компоненты таковы:
- стержни — изготавливаются из металлических или неметаллических материалов;
- оболочка — может быть металлической или неметаллической (некоторые штучные типы не имеют покрытия);
- контактные элементы.
Основным компонентом этих изделий является стержень, который плавится под воздействием высокого температуры от электрического тока, заполняя металлом сварочную ванну. Качество сварного шва напрямую зависит от того, насколько состав стержня близок к материалу соединяемых частей.
Функция оболочки — создать вокруг электрода инертную газовую среду в процессе сварки и предотвратить попадание нежелательных примесей в сварочную ванну. Правильный выбор типа покрытия электрода в значительной степени обусловлен выбранным процессом сварки и характером соединяемого металла.
Непокрытый конец электрода применяется для инициации электрической дуги, которая расплавляет сам стержень и область вокруг него.
Метод перемещения электрода также имеет важное значение: сварщик обычно проводит электрод по спирали, создавая шов и соединяя детали с тем, чтобы обеспечить их надежное соединение. Используя данную технику, пик температурного шока постоянно перемещается, в результате чего еще не соединенные элементы плавятся, заполняемая ванна постепенно остывает, что ведет к образованию прочного и постоянного соединения.
Широко распространены так называемые процессы безэлектродной сварки, которые подразумевают нагрев и слияние полимеров, например, кровельных мембран.
Материалы изготовления
Для производства сварочных прутов и электродов для наплавки используется специальная проволока, чьи требования прописаны в ГОСТ 2246-70. В этом стандарте описываются химический состав и марки металлов, основные размеры, специальные требования к маркировке, а также правила хранения и транспортировки.
Существуют твердые сварочные электроды, а также электроды, предназначенные для сварки, которые изготавливаются из холоднокатаной стальной проволоки сечением от 0,3 до 12 мм.
Проволока делится на три категории:
- углеродистые легированные — для сварки деталей из низколегированных и углеродистых сталей;
- легированная проволока — для соединения деталей из конструкционных, высокотемпературных и низколегированных сталей;
- высоколегированный сплав — применяемый для изготовления нержавеющей стали, а также хромоникелевых и хромовых сплавов.
Классификация электродов, используемых для нанесения покрытий на поверхность и осуществления сварочных процессов, основывается на следующих принципах:
- назначение;
- технологическая спецификация;
- толщина и тип покрытия;
- химический состав покрытия и стержня;
- механические свойства сварного шва;
- порядок формирования покрытия.
К расходным материалам предъявляются определенные требования, к числу которых относятся:
- обеспечение стабильности дуги и хорошей свариваемости;
- формирование сварного шва с заданным химическим составом;
- равномерное сплавление проволоки и оболочки;
- минимизация рассеяния материала электрода;
- максимальная эффективность производственного процесса;
- удобство удаления шлаковых остатков;
- обеспечение необходимой прочности покрытия;
- возможность длительного хранения;
- минимизация выбросов токсичных веществ во время сварки.
Существуют менее распространенные, но все равно востребованные виды проводников, такие как угольные электроды, которые применяются для сварки медных проводов, например, в электродрелях или двигателях.
Эти изделия во время процесса сварки переходят в расплавленный металл, который после охлаждения связывается с обоих концов, действуя как уникальный «клей».
Сварочный электрод
Сварочный электрод представляет собой металлический или неметаллический стержень, выполненный из токопроводящего материала, и используется для передачи электричества к свариваемому изделию. В настоящее время на рынке доступно более двухсот различных марок электродов, причем более половины из них относится к плавящимся электродам для ручной дуговой сварки.
Электроды для сварки делятся на две категории: плавящиеся и неплавящиеся. Неплавящиеся электроды изготавливаются из тугоплавких материалов, таких как вольфрам, по стандарту ГОСТ 23949-80, а также синтетический графит или электротехнический углерод. В свою очередь, сварочные электроды изготавливаются из сварочной проволоки, которая делится на категории: углеродистая, легированная и высоколегированная, согласно ГОСТ 2246-70. В процессе литья под давлением металлический стержень покрывается защитным слоем, который предназначен для металлизации сварочной ванны, защиты ее от внешних условий и обеспечения стабильного процесса горения дуги.
Содержание
История сварочных электродов неразрывно связана с историей сварочных технологий и процессов. Впервые электрод был использован в экспериментах по исследованию электрической дуги в 1802 году профессором В.В. Петровым. В 1882 году русский изобретатель Николай Николаевич Бенардос предложил использовать электрическую дугу, возникающую между угольным электродом и металлической деталью, для соединения металлических кромок.
Почти одновременно с Н. Н. Бенардо другой важный русский изобретатель, Николай Гаврилович Славянов, работал над усовершенствованием метода дуговой сварки. Он критически оценил подход Бенарда и значительно его улучшил, особенно в вопросах металлургии сварки. Славянов заменил нерасходуемый угольный электрод на металлический стержень, содержание которого по химическому составу было ближе к свариваемому материалу. Важно отметить, что одним из его значительных достижений стало внедрение флюса, который защищает сварочную ванну от окислительных процессов, предотвращает прожог металла и накопление вредных примесей серы и фосфора в сварном шве.
В 1904 году швед Оскар Кьеллберг основал компанию ESAB в Гетеборге, связав свою деятельность с применением сварки в судостроительной промышленности. На основе собственных исследований и наблюдений Кьеллберг изобрел метод сварки плавящимися электродами с покрытием, которое стабилизировало горение дуги и защищало зону дуговой сварки. В 1906 году он получил патент на «процесс электрической сварки и электроды для этой цели». Использование электродов с плавящимся покрытием привело к значительному развитию и внедрению технологий сварки в самых различных отраслях промышленности.
В 1911 году англичанин А. Штроменгер значительно доработал идею покрытия электродов, предложив покрытие из асбестовой проволоки, пропитанной натриевым силикатом, которая наматывалась на металлический стержень. Поверх нее также накладывалась тонкая алюминиевая проволока. Такая конструкция обеспечивала защиту сварочной ванны и металла шва от воздействия атмосферного воздуха благодаря образованию шлака. Алюминий выполнял функцию раскислителя, что способствовало удалению кислорода. Эти электроды, известные как «квазидуга», получили широкую популярность в Европе и Америке.
В октябре 1914 года С. Джонс получил британский патент на метод изготовления электрода, имеющего покрытие из обжимок. Металлический стержень продавливался через матрицу при условии, что заряд находился на нем.
В 1917 году американские ученые О. Андрус и Д. Стреза представили новое покрытие для электродов. Металлический стержень был обернут в бумагу, склеенную натриевым силикатом. Во время сварки данное покрытие выделяло дым и защищало сварочную ванну от атмосферного воздуха. Также стало известно, что бумажное покрытие стабильно зажигает дугу сразу при первом контакте и обеспечивает её стабильное горение. В 1925 году англичанин A. O. Смит использовал защитные и легирующие порошки для улучшения качества покрытия электродов. В то же время французские изобретатели О. Са-Разен и компания Moneiron разработали покрытие, содержащее соединения щелочей и щелочноземельных металлов, таких как полевой шпат, мел, мрамор и сода. Благодаря низкому потенциалу ионизации таких элементов, как натрий, калий и кальций, дуга легко возбуждается и продолжает гореть.
Для сварки нержавеющей стали предпочтительнее использовать неплавящиеся вольфрамовые электроды. Применение в них железных проводников может привести к недостаточной прочности и низкому качеству сварки.
Типы покрытий сварочных электродов
Нынешний рынок предлагает широкий выбор электродов. В домашних условиях чаще всего используется оборудование для сварки низкоуглеродистой стали, именно для этих целей мы и будем рассматривать выбор электродов. Однако прежде чем делать окончательный выбор, стоит кратко ознакомиться с типами покрытий электродов.
Существуют четыре основных типа покрытий:
- базовое;
- рутили;
- целлюлозные;
- основные.
Очевидно, что каждый из предложенных типов электрода имеет свои специфические области применения. Например, электроды с основным и целлюлозным покрытием предназначены для сварки ответственных конструкций с использованием постоянного тока.
Рутиловые электроды подходят для сварки как на переменном, так и на постоянном токе. Хотя они не предназначены для критически важных установок, их отличает легкость в зажигании и отсутствие потерь металла в процессе.
Выбор диаметра электрода
При выборе сварочных электродов важным аспектом является толщина металла, который необходимо сваривать. Чем толще металл, тем больше по диаметру должны быть электроды. Для соединения металлических изделий толщиной от 2 до 5 мм наиболее эффективно использовать электроды диаметром 3 мм. Очень тонкие листы металла, размеры которых менее 1,5 мм, редко обрабатываются в условиях домашнего сварочного производства.
Другим немаловажным моментом становится настройка сварочного аппарата, соответствующая выбранному диаметру электрода. Для удобства расчета можно применять следующее эмпирическое правило: необходимо отводить 20-30 А на каждый миллиметр диаметра электрода. Например, для сварки электрода диаметром 3 мм потребуется сварочный ток в диапазоне 80-90 А.
