Общие принципы выбора электродов для сварки сталей определяются обеспечением следующих основных условий:
- требуемая физическая сплошность металла швов (отсутствие пор и шлаковых включений или минимальные размеры и количество на единицу длины шва, допустимые для конкретных изделий и условий их эксплуатации);
- требуемая эксплуатационная прочность, т. е. определенный комплекс и уровень механических свойств металла шва в сочетании с основным металлом;
- получение сварных швов с достаточной технологической прочностью, т. е. отсутствие горячих и холодных трещин;
- требуемая технологичность электродов, т. е. их универсальность по роду применяемого тока, пригодность для сварки в различных пространственных положениях, производительность и др.;
- получение комплекса специальных свойств металла шва (коррозионная стойкость, жаропрочность, немагнитность и др.) Это условие необходимо обеспечивать при сварке легированных сталей специального назначения и при наплавке слоев с особыми свойствами;
- удовлетворительные санитарно-гигиенические характеристики электродов, т. е. минимальное выделение токсичных аэрозолей и газов в процессе сварки.
При выборе электродов для сварки нужно знать, что каждая марка электродов обладает различным сочетанием и уровнем свойств, обеспечивающих выполнение указанных требований. Это достигается соответствующим подбором стержня электрода и компонентов электродного покрытия, которые разделяются на следующие группы:
- руды и минералы;
- металлы и ферросплавы;
- химические соединения (неорганические).
Каждый компонент покрытия может выполнять одну или несколько функций, как при изготовлении электродов, так и в процессе сварки, а одни и те же компоненты в различных видах покрытий могут выполнять различные функции такие как:
- шлакообразование;
- газообразование;
- стабилизация;
- раскисления;
- легирование;
- цементирование;
- пластифицирование.
В процессе сварки плавлением часть сварочного металла переходит в жидкое состояние и смешивается с наплавленным металлом. Доля основного металла в шве зависит от ряда факторов:
- способа сварки,
- режима сварки,
- типа сварного соединения,
- толщины и массы свариваемых деталей.
Вследствие этих факторов химический состав металла шва и, следовательно, его механические свойства могут существенно отличаться от аналогичных свойств наплавленного металла.
При проектировании сварных конструкций нельзя производить выбор металла только по признаку соответствия его свойств эксплуатационным требованиям, после определения нужных рабочих качеств металла необходимо в первую очередь проверить сварочные свойства намеченной стали и установить необходимые для данной конструкции термические условия процесса сварки. Все конструкционные стали разделяются на соответствующие группы (см. таблицу 1).
На образование трещин влияет не только химический состав стали, но и конструктивные факторы, термические условия процесса сварки для одной и той же марки металла могут быть различными.
Необходимые термические условия процесса сварки в зависимости от группы сталей и типа конструкции приведены в таблице 2.
Примечание. Сварка должна производиться в помещении при температуре не ниже +15° С и при отсутствии сквозняков. Данное ограничение не распространяется на сварку углеродистых сталей. содержащих углерода менее 0,20% и высоколегированных (с особыми свойствами), отнесенных к группе I (см. таблицу 1).
При ручной дуговой сварке конструкционных сталей, когда к сварному соединению предъявляются требования обеспечения только механических свойств, необходимо применять электроды типа Э. Выбор определенного вида электрода этого типа следует производить с учетом химического состава и механических свойств стали и толщины свариваемых деталей.
Рекомендуемые типы электродов для различных групп сталей в зависимости от указанных факторов и при условии сварки соединений встык приведены в таблице 3.
* Рекомендуется назначать при сварке сосудов, работающих при высоких давлениях с малым запасом прочности (≤2).
Электроды типа Э42 могут назначаться только для сварки углеродистых сталей, содержащих углерода не более 0,35%. При этом следует иметь виду, что при сварке «кипящих» сталей возможно в некоторых случаях образование трещин в швах.
При сварке легированных и среднеуглеродистых сталей необходимо назначать электроды типа Э42А, Э50А, Э55А, Э60А, Э85 и Э100 (см. табл. 3) с покрытием УОНИИ-13 или аналогичным. Электроды с покрытием УОНИИ-13 обеспечивают высокое качество сварных соединений и обладают более высокой технологичностью, чем электроды, в покрытие которых и значительных количествах находятся окислы железа, марганца и других металлов. При таком количестве выделяемых токсичных аэрозолей требуется общеобменная и местная вытяжная вентиляция .
При сварке электродами типа Э100 применение после сварки упрочняющей термообработки обязательно.
В тех случаях, когда при сварке сталей, отнесенных к группам III и IV (см. таб.1) и свариваемых после термической обработки их на пределе прочности более 85 кг/м 2. обеспечение необходимых термических условий процесса сварки (применение подогрева, термообработки после сварки и т. п.) технически невозможно или экономически нецелесообразно, рационально назначать аустенитные электроды типа ЭА395/9.
При сварке сталей с особыми свойствами, когда и металл шва должен иметь аналогичные свойства (крипоустойчивость, кислотостойкость и т. п.), следует применять электроды, обеспечивающие химический состав наплавленного металла, близкий к свариваемости стали. Нормы химического состава металла шва и особых свойств сварного соединения, определяемые в зависимости от условий эксплуатации, оговариваются в технических условиях на изделия (узел). В связи с тем, что швы, выполняемые аустенитными электродами, часто обладают повышенной склонностью к горячим трещинам, целесообразно дополнительно легировать металл шва ферритообразующими элементами — хромом, молибденом, кремнием, ванадием. Легирование может осуществляться через покрытие или за счет применения проволоки с повышенным содержанием указанных элементов. Однако легирование ферритообразующими элементами должно быть таким, чтобы содержание альфафазы в металле шва не превышало 4-5%.
Возможность дополнительного легирования должна устанавливаться с учетом влияния отдельных элементов на свойства металла шва, определяемые в зависимости от условий эксплуатации. Механические свойства сварного соединения должны удовлетворять требованиям ГОСТ 9467-75 для электродов аналогичного типа, т. е. наплавленный металл должен быть перлитного, аустенитного или ферритного класса.
При сварке разнородных сталей, например, низколегированной с кислотостойкости, выбор типа электрода зависит от условий работы сварного соединения.
Если сварное соединение не подвергается воздействию агрессивной среды, например, в случае приварки деталей из обычной стали к трубопроводам с наружной стороны и т. п. то оно может производиться электродами типа Э42А (УОНИИ -13/45) и Э50А (УОНИИ-13/55).
При воздействии агрессивной среды более высокая стойкость сварного соединения будет иметь место при сварке электродами типа ЭА, наплавленный металл которых по своему химическому составу должен приближаться к составу свариваемой стали, обладающей особыми свойствами.
Выбор электродов зависит и от технических характеристик используемого оборудования. Так, например, высокотехнологичные аппараты контактной точечной сварки финского производства KEMEC KRW В81-121 обладают такой конструкцией системы сведения электродов, которая может удовлетворить любые сварочные задачи.