Сварочные материалы: классификация, характеристики, требования, правила выбора

Когда говорят о сварке, в первую очередь речь идет о правильном управлении сварочными аппаратами. И это правильно, ведь мастерство сварщика во многом заключается в его навыках сварки, именно благодаря им он получает новые разряды. Однако, здесь участвует не только сварочный аппарат и детали, на которых он применяется, но также различные сварочные материалы. О том, что это, как применяется — в этой статье.

Требования к сварочным материалам

Материалы для сварки разнообразны и выполняют следующие функции:

удаление окислов;
обеспечение правильного наплава, а также более аккуратного шва;
защита шва от кислорода;
удешевление сварки и т. д.

Но чтобы сварочные материалы действительно помогали, им нужно отвечать требованиям качества. Поэтому их продажа находится под строгим контролем, а производство осуществляется по установленным стандартам. Например:

ГОСТы 9466 и 9467 отвечают за металлические электроды.
ГОСТ 2246 установлен для сварочной проволоки.
ГОСТ 9087 регламентирует качество сварочных флюсов.
ГОСТ 23949 — для вольфрамовых электродов и т. д.

Эти ГОСТы нужно знать, так как они указываются на упаковках и сертификатах, прикрепляемых к каждой партии. Помимо ГОСТа можно там же можно найти информацию о:

типе материала, марке;
номере плавки, партии;
химическом составе;
механических характеристиках сварочных материалов;
массе нетто и т. д.

Помимо состава, к прокалке тоже установлены требования. Она проводится при температуре +300 – +350 °C в течение 1–2 часов. Этот процесс, помимо всего, позволяет найти дефекты на расходниках. Есть целый стандарт, ГОСТ 6032, где описаны требования к сварочным расходникам, имеющим высокую стойкость. Они должны проходить тест МКК (межкристаллитной коррозии).

Существуют требования и к условиям хранения, а также транспортировке.

Проволока и сварочные флюсы

Для сварки не применяется неизвестная проволока неопознанной марки. Поверхность присадочной проволоки выполняется гладкой, очищенной от ржавчины, окалины, жира. Она подбирается по показателю плавления, который ниже этой характеристики у свариваемых сталей. Одним из качественных свойств проволоки является ее постепенное плавление без резкого выброса брызг. В виде исключения, если нет требуемой проволоки, для сварки латуни, свинца, меди, нержавейки применяют полоски нарезанного металла из того же материала, который соединяется.

При сварке металлов, таких как алюминий, магний, медь, латунь, чугун, происходит активное взаимодействие цветного литья с кислородом из атмосферы или окислительного пламени. Реакция приводит к образованию окислов с высокой температурой плавления, которые создают вредную пленку и затрудняют переход вещества на поверхности в жидкое состояние. Сварочный материал под названием флюс, состоящий из пасты или порошка соответствующего состава, применяют для защиты поверхности расплавленной массы. Материалом служит борная кислота, прокаленная бура. Флюсы не используют при сварке легированных сталей.

Виды материалов для сварки

Учитывая, сколько функций может выполняться расходными материалами для сварки, они делятся на: электроды и пруты, проволоки, флюсы, газы и керамические подкладки на случай соединения стыков.

Каждый расходник делает что-то свое благодаря принципу использования и составу, поэтому для выбора сначала нужно изучить все классификации, их характеристики, чтобы свободно в них ориентироваться.

Проволока, прутки

Когда проволока плавится, она заполняет собой формируемый при сварке шов. Поэтому проволоки называют присадочными и бывают они:

Низкоуглеродистыми, когда содержание углерода менее 0,12%.
Низколегированными — для теплостойких и конструкционных сталей.
Высоколегированными — для хромоникелевых сталей, нержавейки.

Осуществление сварных работ в газовой среде

Сегодня все большую популярность набирает так называемая кислородная сварка, которая в конечном счете отличается высоким качеством, а соединение получается весьма прочным и долговечным. Кислород по своей молекулярной массе значительно тяжелее по сравнению с воздухом, к тому же благодаря ему обеспечивается быстрое сгорание различных паров и газов, причем в этом случае возникает температура, вполне достаточная для того, чтобы расплавить даже тугоплавкий металл.

Работать с таким газом следует очень осторожно, так как сжатый кислород при соприкосновении с маслами, смазками и другими жирными материалами моментально воспламеняется и создает угрозу взрыва. Сварка в такой среде осуществляется только в чистых условиях. Хранить баллоны с кислородом нужно в строгом соответствии со всеми существующими нормами противопожарной безопасности.

Кислород, предназначенный для сварных работ, бывает техническим или же получаемым из окружающей среды. Для его получения воздух пропускают через специальные разделительные аппараты, фильтруют, отсекая разного рода примеси – азот, углекислый газ и так далее. На последнем этапе газ просушивается и помещается под высоким давлением в баллоны, которые обладают специальной усиленной теплоизоляцией.

Зачастую применяют ацетилен, который с точки зрения химического строения является соединением кислорода и водорода. Помещенный в баллоны газ отличается взрывоопасностью, бесцветен, имеет в своем составе незначительные примеси аммиака. В связи с тем, что данная продукция довольно опасна при использовании, от нее постепенно отказываются, заменяя аргоном, гелием и другими газами, которые не отличаются пожаро- и взрывоопасностью.

Как определить расход материалов

Сварочные расходники высокого качества делаются из дорогого сырья с использованием сложных технологий. Поэтому их нужно экономить, не расходуя зря. Для этого существуют целые нормы, регулирующие расход каждого вида материала в зависимости от типа сварки, а также используемого для нее оборудования.

Нормы не строгие, поэтому позволяют понять нужное количество расходника только примерно. Но сначала нужно сделать расчет расхода, использовав формулы, в которые просто нужно поставить параметры.

Например, для проволок и электродов нужно знать площадь поперечного сечения шва, коэффициент наплавки, а также длину шва. Полученное значение подставляется под значения в нормативных документах с учетом запаса на пробные швы или исправление брака.

Таблица коэффициентов расхода электродов на одну единицу материала

А вот расход газов можно просто определить по таблицам, для каждого вида существует своя.

Таблица расхода газа при сварке

Классификация

Различают следующие виды

Проволока

Сварочная проволока и плавящиеся стержневые электроды, изготовленные на ее основе, разогреваются в пламени электродуги, постепенно достигают температуры плавления и стекают в сварочную ванну. Там они смешиваются с металлом от оплавленных кромок заготовки. После перемещения электрода и дуги далее по линии соединения расплав кристаллизуется, соединяя обе заготовки в единое целое.

Сварочная проволока подается в рабочую зону полуавтоматом с постоянной скоростью. В ее состав входят необходимые легирующие добавки. По этому признаку проволока делится на следующие виды:

низкоуглеродистая;
легированная;
высоколегированная.

Выбор проволоки определяется материалом заготовок. Ее химический состав должен быть близок к составу свариваемых сплавов. Легирующие добавки используются для повышения качества шва. Используют также омеднение проволоки.

Кроме того, проволока и плавкие электроды используются в качестве элементов сварочной электрической цепи. По ним подается напряжение, и при касании кончиком проволоки заготовки поджигается электродуга. В случае полуавтоматической сварки неплавким электродом в атмосфере защитных газов ток идет через него. Механическое устройство подачи только подает присадочную проволоку или ленту. Стандарты предусматривают 77 различных марок сварочной проволоки.

Лента и прутки

При ручной сварке неплавким электродом присадочный пруток подается в рабочую зону сварщиком. Для этого проволоку рубят на куски длиной 200- 300 мм и поставляют в пачках. Для сварки выбирают пруток, наиболее близкий по химическому составу к материалу заготовок.
Сварочная лента используется при наплавке, когда необходимо подавать присадочный материал широким тонким слоем. Делается лента из тех же сплавов, что и сварочная проволока.

Электроды

Стержневые электроды на сегодняшний день являются самыми широко применяемыми при ручной сварке инверторным аппаратом ММА. Они представляют собой прямые отрезки сварочной проволоки длиной от 200 до 450 мм, покрытые специальным слоем обмазки. Такой электрод служит проводником, подавая напряжение на дугу. От ее тепла сердцевина из проволоки плавится и стекает в сварочную ванну, пополняя собой шовный материал.

Обмазка сгорает при высокой температуре, выделяя защитные газы. Газы препятствуют контакту расплавленного металла и воздуха. В состав обмазки также включают присадки для повышения стабильности дуги, облегчения ее розжига. Некоторые добавки (такие, как рутил) дают возможность варить качественные швы в сложных условиях, даже когда заготовка влажная и покрыта следами коррозии.

Газы

Сварочные газы используются как источник тепла при газовой сварке и резке. Для этого используется кислород в качестве окислителя и следующие газы в качестве горючего:

ацетилен;
водород;
промышленный пропан;
метилово-ацетиленовая смесь.

Какое горючее самое эффективное? Наибольшей удельной энергией горения отличается водород, он же является и наиболее взрывоопасным. Используется для ограниченного круга сварных операций. Для сварки ответственных соединений применяют ацетилен высокой чистоты. Для рядовой сварки используют пропан, это самый дешевый газ. Кислород смешивается с горючим газом в горелке для повышения температуры факела.
Кроме сварочных, служащих источником тепла, при дуговой сварке используют и так называемые защитные газы. Они подаются в рабочую область, вытесняют оттуда воздух и перекрывают доступ кислорода, азота и водяных паров к сварочной ванне.

Для сварки ответственных соединений из нержавеющих сплавов используют инертные газы аргон или гелий, а также их смеси. Их же используют для алюминия, титана и других легких металлов. Для рядовой сварки конструкционных сталей в качестве защиты рабочей зоны применяют углекислый газ.

Флюсы

Флюсы применяют в жидком или порошкообразном состоянии.

Жидкие флюсы используют для химической подготовки области шва. С их помощью снимают оксидную пленку на поверхности заготовок, производя одновременно и обезжиривание. В качестве жидких флюсов выступают сильнодействующие неорганические соединения — щелочи или кислоты. Химический состав следует выбрать в зависимости от обрабатываемого сплава. Поле обработки заготовку необходимо промыть водой и тщательно просушить.

Флюсовые порошки используют в качестве источника защитного газа. Порошок сгорает в пламени дуги и выделяет защитный газ.

При ручной сварке его насыпают вдоль линии шва. Флюсовый материал для выполнения автоматической сварки подается в зону сварки из бункера через шланг.

Кроме выделения защитных газов, такой флюс может выполнять и функцию теплопровода, ускоряя прогрев кромок. Так варят различные марки стали и чугун.

Кроме перечисленных разновидностей, используются также керамические подкладные пластины. С их помощью предотвращают вытекание расплава и формируют обратный валик шва.

Виды сварочных аппаратов

Параметры электроэнергии из сети не подходят для осуществления сварки. Чтобы преобразовать её в сварочный ток, используют сварочные аппараты. Они понижают напряжение до необходимых значений, в результате увеличивается сила тока. Устройства делятся несколько разновидностей: трансформаторы, выпрямители, инверторы и полуавтоматы.

Трансформаторы

Это самый простой и старейший вид сварочного аппарата. Основой конструкции является трансформатор, состоящий из первичной и вторичной обмоток. Он понижает приходящее на него напряжение, выдавая переменный ток, значение которого регулируется смещением обмоток относительно друг друга.

Плюсы

: цена, надёжность, простота конструкции, неприхотливость в обслуживании и эксплуатации, высокая мощность.

Минусы

: низкий КПД, большой вес и габариты, нестабильная дуга, сильно просаживает электросеть и потребляет много энергии, можно варить только чёрные металлы.

Применение

: используется для сварки низколегированной стали, если не важна высокая точность и качество шва.

Выпрямители

Конструктивно выпрямители схожи с трансформаторами, но имеют выпрямительный блок, за счёт которого на выходе получается постоянный ток.

Достоинства

: неприхотливость, простота в обслуживании и надёжность, высокая мощность, стабильная дуга, возможность варить цветные металлы и нержавейку, хорошее качество шва.

Недостатки

: большой вес и габариты, потребляют значительное количество электроэнергии, просаживая сеть.

Применение

: как и трансформаторы, выпрямители могут иметь переключатель, позволяющий запитать устройство от домашней сети 220 В или от трёхфазной 380 В (последний вариант предпочтительней). Варят чёрные и цветные металлы, нержавейку и чугун.

Инверторы

Это самый популярный на сегодняшний день вид сварочных устройств. Электричество из сети поступает на выпрямитель, меняя значение с переменного на постоянное. Затем ток проходит через блок схем, превращаясь снова в переменный, при этом увеличивается его частота. Дальше его путь лежит через трансформатор, затем через ещё один выпрямитель. В итоге на дугу подаётся высокочастотный постоянный ток.

Плюсы

: компактен, мало весит, высокий КПД, мощная дуга, минимальное разбрызгивание металла, качественный шов, можно варить как чёрные, так и цветные металлы, потребляет минимум энергии.

Минусы

: сложная конструкция затрудняет ремонт и обслуживание, боится пыли и повышенной влажности.

Главная особенность

инвертора заключается в его универсальности. Он широко
применяется
на производстве для сварки различных металлов, а так же является лучшим вариантом для дома и дачи.

Полуавтоматы

Этот вид оборудования отличается более сложной конструкцией. Здесь сварка происходит не обычными электродами, а специальной проволокой в среде защитного газового облака. Газ из баллона поступает к месту сварки через горелку, через неё же автоматически подаётся проволока. Газовое облако защищает шов от окисления кислородом, а подача проволоки обеспечивает более высокую скорость работы.

Плюсы

: полуавтоматы применяются для работы как с чёрными, так и с цветными металлами, можно варить даже тонкий листовой металл, качественный сварной шов, производительность.

Минусы

: кроме самого аппарата нужен ещё и баллон с газом – это делает конструкцию более массивной и взрывоопасной, при работе на улице сильный ветер может сдувать защитную газовую среду.

Применяются

при сварке цветных и чёрных металлов, не заменим при работе с листовой сталью толщиной менее 1 мм.

Маркировка электродов для ручной дуговой сварки

Умение читать маркировку необходимо для любого, кто имеет дело с техникой. Электроды используют буквенно-цифровые наименования, каждая часть которых говорит о тех или иных характеристиках. Возьмём, например, маркировку Э46-АНО-4-Ф-УД Е 43 0(2)-Р25. Не забывайте, маркировку электродов для ручной дуговой сварки должен знать каждый уважающий себя сварщик!

Э46. Тип. Этот тип электродов предназначен для работ с низколегированной и углеродистой сталью. Число 46 здесь означает прочность на разрыв: 46 кг на 1 квадратный миллиметр сечения наплавки.
АНО-4. Данная часть является обычным торговым обозначением, маркой, и ничего не говорит о технических характеристиках изделия.
Ф. Символ, который обозначает диаметр, выраженный в миллиметрах. Само значение диаметра при этом указывается где-нибудь в другом месте.
У. Показывает, что электродом можно варить низколегированные и углеродистые стали, имеющие предел прочности при растяжении не выше 451 МПа.
Д. Толщина обмазки. Как мы выяснили ранее, эта литера обозначает, что покрытие толстое, до 80% от диаметра электрода.
Е. Согласно международным стандартам, эта литера обозначает, что электрод плавящийся и имеет покрытие.
43. Предел прочности при растяжении. В данном случае это 430 МПа.
0. Относительное удлинение. Ноль здесь можно интерпретировать как удлинение меньше 20%.
(2). Минимальная температура, при которой вязкость металла шва составляет не менее 34 Джоулей на квадратный сантиметр. В этой маркировке указывается как 2 – 0°С.
Р. Разновидность обмазки. Здесь мы имеем дело с рутиловым покрытием.
2.Пространственное положение стержня.Варить можно из произвольного положения, за исключением работы по вертикальному шву сверху-вниз.
5. Сварочный ток и подключение. В данном случае для работы допустим как постоянный, так и переменный ток любой полярности при напряжении холостого хода 70В.

Для таких больших маркировок очень сложно запомнить значения каждого из сегментов, поэтому полезно иметь под рукой справочники, где указаны нужные данные. Лучше конечно запоминать маркировки электродов для ручной дуговой сварки, что бы не терять время на работу со справочными материалами.