Виды электродов для сварки

Сварочные электроды — незаменимый элемент в процессе создания прочных металлических соединений, обеспечивающий высокое качество и долговечность сварных швов. При кажущейся простоте выбора, электроды отличаются широким разнообразием типов, материалов, покрытий и назначения, что требует от сварщика глубокого понимания их свойств и характеристик. От верного подбора электродов зависят не только прочность и эстетика шва, но и устойчивость изделия к нагрузкам, коррозии и температурным изменениям. 

Сварочный электрод — это многокомпонентный элемент, предназначенный для обеспечения надежного соединения металлов. Он состоит из трех основных частей:

1. Стержень — металлическая или неметаллическая основа, которая может иметь диаметр от 0,3 до 12 мм и изготовлена из холоднотянутой проволоки.
2. Покрытие или обмазка — специальный слой, покрывающий стержень, который может отсутствовать в некоторых марках электродов.
3. Контактный наконечник — участок электрода, предназначенный для соединения с источником питания.

Типы материалов для стержней

Выбор материала для стержня определяется характеристиками свариваемого металла и условиями работы. Для сварочных электродов применяют три категории стали:

• Углеродистая сталь — подходит для соединения низкоуглеродистых и низколегированных сталей, широко используемых в машиностроении.
• Легированная сталь — используется для сварки конструкционной, жаропрочной и легированной стали, обеспечивая повышенную прочность соединений.
• Высоколегированная сталь — применяется для работы с нержавеющей сталью и хромоникелевыми сплавами, что позволяет достичь высокой устойчивости к коррозии и температурным перепадам.

При проведении сварки стержень электрода плавится, образуя расплавленный металл, который заполняет сварную ванну и создает надежное соединение. Покрытие при этом также расплавляется, образуя защитное газовое облако, которое изолирует расплавленный металл от воздействия кислорода и других атмосферных газов. Это препятствует окислению, обеспечивает качественное формирование шва и улучшает его прочность и стойкость к коррозии.

Назначение и функции сварочных электродов

Сварочные электроды должны соответствовать ряду требований для обеспечения стабильности процесса и качества шва:

• Формирование прочного и химически устойчивого шва с заданными характеристиками.
• Поддержание устойчивой дуги для равномерного распределения тепла.
• Защита сварочной ванны от атмосферных газов, предотвращающая окисление и другие нежелательные реакции.
• Снижение разбрызгивания расплавленного металла для минимизации дефектов.
• Легкое удаление шлака после завершения работы, что ускоряет последующую обработку.
• Обеспечение прочности и ударной стойкости соединений при эксплуатации.

Кроме того, в процессе работы электроды должны выделять минимальное количество вредных веществ, что особенно важно для безопасности сварочных работ и защиты окружающей среды.

Основные характеристики сварочных электродов

При выборе сварочных электродов ключевым параметром является диаметр стержня, который определяется толщиной свариваемых металлов и мощностью оборудования. Чем толще обрабатываемая деталь, тем больше диаметр электрода, чтобы обеспечить достаточную глубину прогрева и крепкое соединение.

Электроды также отличаются по длине, которая варьируется от 150 до 450 мм. Длинные стержни особенно удобны при работе в условиях, где важно поддерживать непрерывный процесс сварки, например, при ремонте герметичных резервуаров или трубопроводов под давлением, когда недопустимо прерываться.

 

Различные виды обмазки (покрытия) сварочных электродов

Покрытие сварочных электродов — это специальный слой из химически активных веществ, нанесенный на стержень, который обеспечивает стабильное горение дуги и придает шву необходимые характеристики. Различные виды обмазки определяют условия применения электродов, их реакцию на ток и качество сварного шва:

1. Кислое покрытие (маркируется "А")
   Включает в себя оксиды марганца, железа и кремния, что делает его идеальным для сварки низкоуглеродистых сталей, особенно в горизонтальном положении. Электроды с кислым покрытием эффективны при работе с ржавыми или загрязненными поверхностями и обеспечивают стабильное горение дуги на переменном и постоянном токе. Основными минусами являются токсичность при использовании, высокая текучесть шва, наличие примесей и повышенная концентрация водорода, что может снизить качество соединения.
2. Основное покрытие ("Б")
   Составлено из фтористых соединений и карбонатов, что позволяет сваривать массивные заготовки из высокоуглеродистых и легированных сталей, подверженных значительным нагрузкам. Это покрытие применимо во всех пространственных положениях и дает прочные швы, устойчивые к трещинам, механическим повреждениям и химическим примесям. Однако электроды с основным покрытием образуют короткую дугу, а при сварке может возникнуть трудность с удалением окалины, требуются особые условия для их хранения.
3. Рутиловое покрытие ("Р")
   Содержит рутил (минерал, богатый титаном), ферромарганец, кремнезем и кальциевые или магниевые карбонаты. Такие электроды подходят для сварки строительных конструкций и низколегированных сталей, поддерживая высокое качество шва и легкость в удалении шлака. Однако они имеют повышенную текучесть, не всегда образуют чистый шов и увеличивают содержание водорода в сварочной ванне, что может повлиять на прочность соединения.
4. Целлюлозное покрытие ("Ц")
   Основной компонент — натуральная целлюлоза, дополненная ферросплавами и органическими смолами. Такие электроды обеспечивают качественный провар на постоянном токе, хотя для работы на переменном токе может потребоваться дополнительное оборудование. За счет густого и плотного шлака целлюлозные электроды подходят для сварки в любом положении, что делает их удобными для односторонней сварки в труднодоступных местах. Недостатками являются высокая концентрация водорода, влияющая на пластичность шва, и значительное разбрызгивание металла, что увеличивает расход электрода.
5. Смешанные покрытия. Существуют также комбинированные покрытия, сочетающие свойства различных типов для расширения возможностей использования:
   • Рутилово-целлюлозные (РЦ) — балансируют легкость шлака и устойчивость дуги;
   • Рутилово-основные (РБ) — сочетают прочность и устойчивость к трещинам;
   • Кисло-рутиловые (АР) — подходят для менее ответственных конструкций;
   • Рутиловые с железным порошком (РЖ) — улучшают качество шва и сокращают расход электрода

Эти покрытия позволяют сварщикам точно подбирать электроды под специфические задачи и условия, добиваясь оптимальных результатов в различных областях сварки

 

Классификация сварочных электродов по ГОСТ

Производство электродов для ручной дуговой сварки сталей и наплавочных работ регулируется межгосударственным стандартом ГОСТ 9466-75. Этот стандарт делит электроды на группы по их назначению, характеристикам тока, толщине покрытия, положению шва и другим параметрам, что позволяет выбирать оптимальные электроды для конкретных задач.

Классификация по назначению

Электроды маркируются различными буквами в зависимости от их применения:

• «У» — используются для сварки углеродистых и низкоуглеродистых сталей, с пределом прочности на разрыв до 600 МПа.
• «Л» — подходят для конструкционных и легированных сталей, также с пределом прочности до 600 МПа.
• «Т» — предназначены для соединения термостойких легированных сталей.
• «В» — применяются для высоколегированных сталей со специальными свойствами.
• «Н» — используются для наплавочных работ, позволяя наносить покрытие на металл для восстановления или улучшения его характеристик.

Классификация по типу тока

Электроды могут использоваться на постоянном или переменном токе:

• Постоянный ток позволяет создать качественный, чистый шов с минимальным разбрызгиванием, что повышает производительность, хотя оборудование для него стоит дороже.
• Переменный ток отличается доступностью и возможностью работы с более простым оборудованием, но требует больше материала из-за нестабильной дуги и более значительного разбрызгивания.

Для сварки толстых металлов обычно используется ток прямой полярности, в то время как при работе с тонкими листами применяют обратную полярность, что снижает риск прожигания.

Классификация по толщине покрытия

Электроды делятся на несколько групп по толщине покрытия:

• «М» — с тонким покрытием.
• «С» — с покрытием средней толщины.
• «Д» — с толстым покрытием.
• «Г» — с особо толстым покрытием.

Толщина покрытия влияет на прочность защитной оболочки и на характеристики сварочного процесса.

Классификация по пространственному положению шва

Согласно ГОСТ, электроды маркируются цифрами, отражающими возможность использования в определенных пространственных положениях:

• «1» — подходит для сварки в любом положении.
• «2» — подходит для всех положений, кроме «сверху вниз».
• «3» — используется для вертикального (снизу вверх), горизонтального и нижнего положения.
• «4» — предназначен для нижнего положения, включая технику «лодочка».

Кроме того, электроды могут различаться по характеристикам полярности тока, источнику питания и другим параметрам.

Виды электродов для различных видов сварки

Электроды для точечной сварки

Эти электроды представляют собой медные стержни с различными формами контактной поверхности и обеспечивают сохранение исходной формы соединяемых деталей и их электропроводимость. Они работают без использования традиционной сварочной дуги и обеспечивают надежное соединение, хотя не формируют герметичного шва.

Электроды для наплавки

Наплавочные электроды используются для восстановления и усиления металлических поверхностей, что улучшает их износостойкость и стойкость к коррозии. Эти электроды плавятся под действием дуги, создавая на поверхности металлическое покрытие. Наиболее популярные марки: ОЗН-300М, ОЗН-400М — для упрочнения инструмента; УОНИ 13/НЖ-20Х13, ЦН-6Л — для работы с нержавеющими сталями; Т-590, Т-620 — для низколегированных сталей.

Плавящиеся электроды

Электроды плавящегося типа обеспечивают создание шва за счет плавления сердечника и последующего заполнения сварочной ванны расплавленным металлом. Покрытие защищает от атмосферных примесей, образуя газовое облако. Для качественного шва важно, чтобы материалы стержня и заготовки имели схожий состав.

Неплавящиеся электроды

Неплавящиеся электроды, выполненные из порошкообразного угля или вольфрама, позволяют формировать прочные швы без плавления сердечника. Эти электроды применяются в том числе для воздушно-дуговой резки толстых металлов и других специальных операций.

Электроды для углеродистых и низколегированных сталей

Для соединения деталей из углеродистых и низколегированных сталей, обладающих низким пределом прочности, подходят электроды с рутиловым или основным покрытием, марки АНО-4, МР-3С, УОНИ 13/45 и другие, что обеспечивает стабильность дуги и минимизирует образование примесей.

Эта классификация по ГОСТ помогает подобрать электроды для различных типов стали, видов сварки и условий эксплуатации, обеспечивая качество и долговечность сварных соединений.

Электроды для нержавеющей стали

Нержавеющая сталь известна своей прочностью и устойчивостью к коррозии, однако ее сложно сваривать из-за склонности к перегреву и образованию дефектов шва. Для надежной сварки этого материала используются специализированные электроды и оборудование, рассчитанные на сварку постоянным током обратной полярности или переменным током.

Сварка нержавеющих труб

Сварка на постоянном токе

При сварке на постоянном токе обратной полярности часто выбирают электроды для тонкостенных изделий, так как они минимизируют риск перегрева и дают ровный шов. На упаковке таких электродов обычно указаны рекомендуемые параметры силы тока.

Примеры электродов:
ЦЛ-11 — диаметр 3 мм, содержат хром, никель и молибден, подходят для деталей, работающих в агрессивных средах при температурах до 450 °C.
НЖ-13 — электроды с высоким коэффициентом наплавки, подходят для пищевых емкостей из хромоникелевых сталей, используемых при высоких температурах.
НИИ-48Г — высокомарганцовистые электроды для сварки жаростойких аустенитных хромоникелевых сталей, предназначенных для агрессивных условий.

Перед началом работ специалисты рекомендуют прогревать электроды в течение часа при 320-350 °C для улучшения сварочных свойств.

Сварка на переменном токе

Для сварки нержавейки на переменном токе разработаны следующие электроды:
ЛЭЗ-8 — универсальные с рутиловым покрытием, применяются с переменным и постоянным током для сварки хромоникелевых сталей.
ОЗЛ-14 — электроды с рутиловым покрытием для простых конструкций, не требующих особо прочных швов.
ОЗЛ-14А — электрод для работы с переменным и постоянным током, создает стойкий к коррозии шов, устойчивый к температурам до 650 °C.
ЦТ-50 — с содержанием хрома и никеля, обеспечивают прочные швы, устойчивые к агрессивным веществам.
Н-48 — для эксплуатации в неокислительных средах при температурах до 300 °C.

Чаще всего сварка нержавейки выполняется на постоянном токе, так как этот метод дает качественный шов и долговечное соединение.

Электроды для чугуна

Чугун отличается высокой твердостью и хрупкостью из-за высокого содержания углерода и требует использования специальных электродов для создания прочного шва с минимальной усадкой.

Популярные марки:
МНЧ-2 — никелевые электроды для сварки и наплавки всех типов чугуна на постоянном токе, устойчивы к коррозии и легко воспламеняются.
ОЗЧ-4 — универсальные электроды для «холодной» сварки чугуна, образуют прочный и устойчивый к истиранию шов.
ОК 92-18 — электроды с высоким содержанием графита для работы на пониженных токах, подходят для ремонта деталей, таких как корпуса насосов.
ЦЧ-4 — с основным покрытием, подходят для сварки как горячим, так и холодным методом, особенно эффективны для начальных слоев наплавки.
ОЗЧ-2 — медные электроды для многослойной сварки ковкого и серого чугуна.
Электроды МНЧ-2, ОЗЧ-4 и ОЗЧ-2 подходят для холодной сварки, тогда как ОК 92-18 и ЦЧ-4 используются для горячей сварки, требуя предварительного прогрева заготовки.

Электроды для цветных металлов

Сварка цветных металлов отличается особыми требованиями, так как алюминий, никель и медь имеют высокую теплопроводность и подвержены образованию окислов и трещин.

Алюминий

Для сварки алюминия подходят электроды, удаляющие тугоплавкую оксидную пленку, например, ОЗАНА-1 и ОК 96.10, которые применяются с постоянным током обратной полярности.

Никель и его сплавы

Никель и никелевые сплавы склонны к трещинообразованию и требуют чистых электродов, таких как Н-10 и НП1 для чистого никеля, УОНИ-13/45 для никелевых и медно-никелевых сплавов.

Медь и ее сплавы

Электроды для меди должны компенсировать высокую текучесть металла и исключать окисление. Рекомендуемые марки — Комсомолец-100 и ОМЗ-2.

Маркировки электродов

Маркировка электродов включает буквенные и числовые коды, указывающие на их состав и предназначение. Например:

• УОНИ-13/55 расшифровывается как «У» — универсальный, «О» — с обмазкой, разработан НИИ-13 для работы с прочностью на разрыв до 550 МПа.

Популярные марки электродов, такие как МР-3 ЛЮКС, УОНИ-13/55, ОЗС-12 и АНО-21, производятся Магнитогорским электродным заводом, который зарекомендовал себя как лидер среди отечественных производителей сварочных материалов.

Хранение, сушка и прокалка

Согласно ГОСТ, сварочные электроды следует хранить при температуре не ниже 15 °С и влажности до 50%. Нарушение этих условий ведет к осыпанию покрытия, затруднению прожига и образованию низкокачественных швов.

Для удаления влаги в электродах их необходимо прокаливать. Температура и продолжительность прокалки указаны в инструкции, прилагаемой к упаковке. Прокалку следует выполнять перед использованием, а не про запас, так как повторное прокаливание допустимо лишь до трех раз.

Выбор электродов

При выборе электродов важно учитывать:

• Совместимость состава электрода с материалом изделия.
• Для конструкций, требующих высокой прочности, лучше использовать электроды с основным покрытием.
• Рутиловые электроды эффективны при сварке углеродистой стали с ржавой или влажной поверхностью.
• Диаметр электрода влияет на плотность тока: с увеличением диаметра дуга может стать неустойчивой, а шов шире.
• Следуйте рекомендациям по силе тока, указанным на упаковке.

При покупке электродов обратите внимание на:

• Дата изготовления: предпочтительно использовать электроды, изготовленные не более 6 месяцев назад.
• Покрытие: оно должно быть равномерным, без сколов и повреждений.
• Влажность: упаковка должна быть сухой, без следов ржавчины или белого налета на стержне.

Правильный выбор и качественное хранение сварочных электродов – это ключ к созданию надежных и долговечных сварных соединений. Соответствие материала электродов типу свариваемого металла, соблюдение условий хранения и своевременная прокалка значительно повышают качество и прочность швов, снижая риск брака. Для достижения оптимальных результатов важно внимательно изучать характеристики электродов, следовать рекомендациям по применению и строго соблюдать технологические нормы. В конечном счете, такие меры способствуют повышению эффективности работы и надежности конструкций, что особенно важно в ответственных производственных задачах.