Чернение металла востребовано в различных сферах производства, однако чаще всего используется для декоративных целей в ювелирном деле и различных ремеслах.
Оцинковка металла является наиболее простым и дешевым способом его защиты от образования ржавчины. Наиболее популярным является метод горячей оцинковки.
Металлические электроды для дуговой сварки, наплавки и резки
Металлические электроды, предназначенные для дуговой сварки, наплавки и резки металлов, как правило, имеют специальные покрытия (обмазки). Назначение покрытий — повышение устойчивости или стабилизации сварочной дуги и улучшение качества наплавленного металла.
Устойчивость дугового разряда повышают различные соединения щелочных и щелочно-земельных металлов, как-то: калиевая селитра, поташ, хромовокислый калий, кальцинированная сода, углекислый барий или кальций (мел) и пр.
Механические свойства сварных швов, полученных при сварке электродами с тонкими стабилизирующими покрытиями (электроды с меловым покрытием или марки К3) весьма низкие. Объясняется это тем, что незначительные количества стабилизирующих веществ, находящихся на электродах указанного типа, не предохраняют расплавленный металл электродного стержня от окисления и азотирования, поэтому эти электроды имеют весьма ограниченное применение.
Для повышения механических свойств наплавленного металла на электродные стержни наносят так называемые толстые, или качественные, покрытия. Характерной особенностью толстопокрытых электродов является наличие на их поверхности слоя толщиной от 0,5 до 2 мм на сторону, что составляет от 20 до 40% веса металла электрода.
Составляющие толстых электродных покрытий обычно делят на следующие группы: 1) шлакообразующие; 2) газообразующие; 3) раскислители; 4) легирующие, 5) клеящие или связующие. Шлакообразующие и клеящие вещества, а также раскислители входят почти во все качественные, или толстые, покрытия.
Шлакообразующие составляющие служат для защиты расплавленного металла от воздействия кислорода и азота воздуха, образуя шлаковые оболочки вокруг капель электродного металла, проходящих через дугу, а также шлаковый покров на поверхности наплавленного металла шва. Шлаковый покров служит также для замедления скорости остывания, что способствует выделению из шва неметаллических включений и улучшает условия кристаллизации металла сварного шва.
Шлакообразующая часть покрытия состоит в основном из окислов металлов и неметаллов, которые обычно вводятся в покрытие в виде титанового концентрата (ильменита), марганцевой руды (пирролюзита), полевого шпата, мрамора, мела, каолина, кварцевого песка, доломита и других компонентов. В состав шлакообразующей части покрытия входят также вещества, повышающие устойчивость горения сварочной дуги.
Газообразующие составляющие образуют при сгорании (плавлении) покрытия газовую защитную атмосферу, состоящую из окиси углерода и некоторых углеводородов, предохраняющую расплавленный металл от кислорода и азота воздуха. Газообразующие составляющие вводятся в покрытия в виде органических соединений: древесной муки, хлопчатобумажной пряжи, крахмала, пищевой муки, декстрина, оксицеллюлозы и т. д.
Раскислителями служат элементы, обладающие большим сродством к кислороду, нежели железо. К ним относятся: марганец, кремний, титан, алюминий и др. Эти элементы, находясь в расплавленном металле сварного шва, легче вступают в химические соединения с кислородом, благодаря чему они отбирают кислород от окислов железа и, будучи сами нерастворимыми в стали или обладая ограниченной растворимостью, в виде окислов всплывают на поверхность сварочной ванны. Большинство раскислителей, как, например, марганец, кремний и титан, в электродные покрытия вводятся не в чистом виде, а в виде сплавов с железом, т. е. в виде ферросплавов. Алюминий применяется в виде металлического порошка или в виде ферроалюминия.
Наиболее дешевым и чаще всего применяемым раскислителем является ферромарганец. Легирующие элементы вводятся в покрытие для придания специальных свойств наплавленному металлу, т. е. для повышения механических свойств, износостойкости, жаростойкости, сопротивления коррозии и т. п. Часто применяются следующие легирующие элементы: марганец, молибден, хром, никель, вольфрам, титан и др.
Клеящие вещества (связующие) применяются для скрепления составляющих покрытия между собой и со стержнем электрода. В качестве клеящих веществ так же, как и при изготовлении тонкопокрытых электродов, применяют жидкое стекло, декстрин, желатин и др. Наибольшее применение имеет жидкое стекло.
Для изготовления стальных электродов служит специальная сварочная проволока, которая согласно ГОСТ выпускается диаметром 0,3; 0,5; 0,8; 1; 1,2; 1,6; 2; 2,5; 3; 4; 5; 6; 8; 10; 12 мм пятидесяти шести марок, отличающихся одна от другой химическим составом. Первые пять марок проволоки изготовляются из углеродистой стали, следующие двадцать три марки — из легированной и остальные двадцать восемь — из высоколегированной.
Проволока первых пяти марок имеет самое широкое применение при изготовлении электродов для ручной и в виде проволоки для автоматической сварки низко- и среднеуглеродистых и низколегированных сталей. Остальные марки проволоки, металл которых представляет собой различные легированные стали, применяют для специальных легированных и высоколегированных марок сталей.
Согласно ГОСТ, который распространяется только на электроды для дуговой сварки и наплавки сталей, стальные электроды по своему назначению подразделяются на три вида: а) электроды для сварки конструкционных сталей; 5) электроды для сварки легированных сталей с особыми свойствами; в) электроды для наплавки поверхностных слсев с особыми свойствами. Для сварки конструкционных сталей применяют 13 типов электродов: Э34; Э38; Э42; Э42А; Э50; Э50А; Э55; Э55А; Э60; Э60А; Э70; Э85 и Э100 (цифры 34, 38 и т. д. соответствуют гарантированной величине предела прочности, индекс А обозначает повышенные пластические свойства металла шва).
Электроды Э34; Э38; Э42; Э42А предназначены для сварки конструкционных низкоуглеродистых и низколегированных сталей; Э50; Э50А; Э55; Э55А; Э60; Э60А — конструкционных среднеуглеродистых и низколегированных сталей, а Э70; Э85 и Э100 — конструкционных сталей повышенной прочности.
Для сварки легированных сталей применяются электроды 15 типов: ЭП50, ЭП55, ЭП60, ЭП70 — для сварки перлитных жаропрочных сталей; ЭА1, ЭА1Б, ЭА1Г, ЭА1М, ЭА2, ЭА3, ЭА4 — для аустенитных жаропрочных и жаростойких нержавеющих сталей (ЭА1Г, ЭА2 и ЭА3 применяются также для сварки конструкционных специальных сталей) и электроды ЭФ13; ЭФ17, ЭФ25 и ЭФ30 — для сварки высокохромистых ферритных и феррито-мартенситных жаростойких и нержавеющих сталей.
Для наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами применяют электроды 11 типов, в том числе электроды с индексом HP — наплавочные режущие (ЭНР62) для наплавки режущего инструмента; электроды с индексом НГ — наплавочные горячие (ЭНГ35; ЭНГ40; ЭНГ50) для наплавки износостойких поверхностей, работающих при повышенных температурах, электроды с индексом НХ — наплавочные холодные (ЭНХ20; ЭНХ25; ЭНХ30; ЭНХ45; ЭНХ50) для наплавки износостойких поверхностей, работающих при обычных температурах; электроды с индексом НЭ — наплавочные эрозиостойкие (ЭНЭ35; ЭНЭ45) для наплавки эрозиостойких поверхностей, работающих при высоких температурах в агрессивных средах.
Двузначные числа в обозначении электродов соответствуют гарантированной твердости по Роквеллу (HRC) наплавленного металла без термической обработки. Наиболее применимы электроды марок ОММ-5, ЦМ-7 и МЭ3-04, покрытия которых содержат ферромарганец, кислородосодержащие руды (марганцевую, железную, титановую) и органические составляющие, а также УОНИ-13/45; УП-1/45 и другие, основой покрытий которых является мрамор и плавиковый шпат, а в качестве раскислителей служат: ферротитан, ферросилиций и ферромарганец.
В 1954 г. Днепропетровским опытным электродным заводом по типу электродов УОНИ-13 разработана новая марка электродов СМ-11, хорошо зарекомендовавшая себя высокими технологическими свойствами. В 1956—1957 гг. для сварки трубопроводов ВНИИСТ разработал электроды марки ВСР-50 с покрытием основного типа, содержащим значительное количество рутила. Двуокись титана, составляющая свыше 90% состава рутила, сообщает электродам ряд ценных свойств, как-то: способствует более стабильному горению дуги, образует легко отделяемые шлаки, хорошо формирующие шов во всех пространственных положениях и т. п. Покрытие электродов ВСР-50 менее тугоплавко, чем у электродов УОНИ-13, что снижает склонность к образованию односторонних козырьков и улучшает качество сварных швов паи потолочной сварке.
В ЦНИИТМАШе для сварки малоуглеродистых сталей в 1953 г. разработаны рутиловые электроды марки ЦМ-Э. Единственной маркой электродов с газозащитным покрытием, которые имеют промышленное применение, являются электроды марки ОМА-2, используемые для сварки сталей малых толщин. Для сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей ВНИИСТ разработал электроды марок ВСП-16 и ВСП-16М с пластмассовым покрытием, в котором органическая смола играет роль газообразующего и связующего компонента. Покрытие этих электродов обладает малой чувствительностью к увлажнению и имеет высокую механическую прочность.
Для сварки среднеуглеродкстых и низколегированных сталей широко применяют электроды Уралмашзавода марки К-51, К-52, Челябинского тракторного завода марки У-55, Днепропетровского электродного завода марки ДСК-50, типа УОНИ-13/55 и др. Высокое качество наплавленного металла, в особенности ударной вязкости, доходящей до 37,5 кгм/смг, обеспечивают электроды Шанхай-57-1, разработанные в 1957 г. Шанхайским электродным заводом. Покрытие этих электродов построено на основе системы мрамор-плавиковый шпат.
Для сварки высокоуглеродистых и легированных сталей повышенной прочности используют электроды марок К-70; К-80; ЦЛ-18; У-340-85; ВИ-10-6; НИИ-3 и др., содержащие в покрытии также мрамор и плавиковый шпат. Некоторые марки этих электродов (НИИ-3) позволяют получать после соответствующей термообработки высокий предел прочности сварных швов, достигающий до 150 кг/мм2.
Для сварки легированных перлитных жаропрочных сталей ЦНИИТМАШем создано значительное число марок электродов, предназначенных для изготовления сварных конструкций, работающих в условиях высоких температур (до 600°). К этой группе относятся электроды: ЦУ-2М; ЦЛ-14; ЦУ-2М-Х; ЦЛ-12; ЦЛ-13; ЦЛ-17 и др.
Для сварки высоколегированных хромоникелевых аустенитных жаропрочных, окалиностойких и нержавеющих сталей широко применяются электроды марок ЦЛ-2-Б2; ЦЛ-2М; ЦЛ-2АЛ; КБ3-М; НИАТ-1; ЭНТУ-3; ЦЛ-24; ЦЛ-9; ЦЛ-11; ЦТ-7; ЦТ-13; ЦТ-14; ЦТ-15; КТИ-5; КТИ-6; КТИ-7; НИАТ-5; АЖ-13-15; АЖ-13-18 и др., разработанные ЦНИИТМАШем (электроды марок ЦЛ и ЦТ), киевским заводом «Большевик» (ЦЛ-2-Б2 и КБ3-М); МВТУ им. Баумана (электроды ЭНТУ-3), Центральным научно-исследовательским котлотурбинным институтом им. Ползунова (электроды марок КТИ) и другими организациями.
Большинство указанных марок электродов, особенно разработанных за последние годы, обеспечивает в сварных швах некоторое количество феррита, противодействующего образованию горячих или так называемых кристаллизационных трещин. Однако созданы электроды марок НИ-5, АЖ-13-15 и АЖ-13-18, дающие полностью аустенитный наплавленный металл и обеспечивающие в то же время чрезвычайно высокую устойчивость против образования горячих трещин. Достаточная сопротивляемость наплавленного металла образованию горячих трещин при сварке, например электродами АЖ-13-15 и АЖ-13-8, достигается за счет исключения бора и легирования небольшими количествами углерода (0,14—0,18%) и ниобия (1,4—1,8%) при повышенной чистоте металла проволоки и компонентов покрытия (по вредным примесям).
Для наплавки режущего инструмента (резцы, червячные и дисковые фрезы, ножи и пр.) применяют электроды марок ЦИ-1М; ЦИ-1У; ЦИ-1Л; И-1; И-2; ЦН-5; Т-216; Т-293 и др., обеспечивающие твердость наплавленного металла после соответствующей термообработки в пределах HRC 57—65. Твердость указанной величины достигается за счет легирования металла наплавок через покрытие или электродные стержни вольфрамом, хромом, углеродом и ванадием.
Для наплавки штампов и другого кузнечно-прессового оборудования, требующего твердости наплавленного металла в пределах HRC 40—60, широко применяют электроды марок Т-540; Ш-7; Ш-16; ЦН-4; НЖ-2; ЦИ-1М; ЦС-1 и др. Легирование наплавленного металла при наплавке этими электродами осуществляется главным образом хромом, углеродом и марганцем.
Наплавку деталей, изготовленных из высокомарганцовистой стали Гадфильда производят электродами марок ОМГ и ОМГ-Н, разработанными Опытным электродным заводом МПС; 12АН/ЛИИВТ, разработанными Ленинградским институтом инженеров водного транспорта; МВТУ-1, разработанными Московским высшим техническим училищем им. Баумана и др. Особенно хорошие результаты получаются при наплавке электродами марок ОМГ-Н, обеспечивающими получение в наплавленном металле хромоникельмарганцовистого аустенита. Присадка в наплавленный металл никеля и хрома производится как через электродные стержни, так и через электродное покрытие.
Для наплавки износоустойчивых поверхностей типа железнодорожных рельсовых концов и крестовин, бандажей, деталей сельскохозяйственных машин, автотракторных деталей и других, требующих наплавленного металла средней твердости, находящейся в пределах НВ 250—400, широко применяют электроды марок О3Н-250; О3Н-300; О3Н-350; О3Н-400 Опытного электродного завода МПС; К-2-55 Киевского политехнического института и др. Необходимая твердость и определенные механические свойства наплавленного металла достигаются за счет его легирования марганцем или марганцем и хромом.
Быстроизнашивающиеся детали дробильно-размольного оборудования, землеройных и строительно-дорожных машин, оборудования электростанций и прочие, требующие при наплавке металла высокой твердости порядка HRC 58—64, наплавляются электродами инженера Конторова марок Т-590 и Т-620; электродами Ленинградского института инженеров водного транспорта марки 13КН/ЛИИВТ, а также электродами марок БХ-2; ХР-1У и др. Высокая твердость наплавок в этом случае обеспечивается присадкой в наплавленный металл хрома, углерода и бора.
Для наплавки уплотнительных поверхностей пароводяной арматуры, работающей при высоких параметрах пара ЦНИИТМАШем разработаны электроды марок ЦН-1; ЦН-2 и ЦН-3. Наилучшие результаты при наплавке указанных деталей дают электроды марки ЦН-2, стержень которых представляет собой кобальтовый сплав типа ВЗК-ЦЭ.
Наибольшее применение для горячей и полугорячей сварки чугуна получили чугунные электроды марки ОМЧ-1. Для холодной сварки чугуна используются стальные электроды с покрытием типа УОНИ-13, медностальные разных марок, особенно марки О3Ч-1, в покрытии которых содержится железный порошок, железо-никелевые электроды марки ЦЧ-3А, стальные ЦЧ-4 и др.
Лучшими электродами для холодной сварки чугуна являются желе-зоникелевые электроды с фтористо-карбонатным покрытием марки ЦЧ-3А, разработанные ЦНИИТМАШем и аустенитно-медные электроды марки АН-1, разработанные институтом Электросварки им. акад. Е. О. Патона. Электроды марки АН-1 имеют хромоникелевый стержень в медной оболочке, на которой находится покрытие типа УОНИ-13.
Для сварки меди и медноникелевых сплавов служат электроды марок 3Т; КОМ-1; ММ3-1 и ММ3-2. В состав покрытий указанных марок электродов входят различные раскислители (ферромарганец, ферросилиций, алюминий, углерод и пр.) и шлакообразующие компоненты.
Сварка бронз производится электродами, имеющими покрытия марок ММ3-2; БР-1/ЛИИВТ; Бр-2/ЛИИВТ и др. В качестве материала для электродов используют бронзовые прутки, на которые наносят покрытия, содержащие мрамор, плавиковый шпат и различные раскислители (ферросилиций, ферротитан и др.). Покрытия других марок электродов состоят из криолита, хлористого калия, хлористого натрия и древесного угля.
Электроды для сварки латуни имеют электродные стержни примерно того же состава, что и основной металл. В состав покрытия данного типа электродов так же, как и в покрытия электродов, предназначенных для сварки меди или сварки бронзы, входят различные шлакообразующие компоненты и раскислители.
Дуговая сварка алюминия металлическими электродами (ВАМИ; АФ1; МАТИ и др.) дает хорошие результаты только с применением хлористых и фтористых соединений лития, калия или натрия. Поэтому основой покрытия всех марок электродов, применяемых для сварки алюминия является криолит, хорошо растворяющий тугоплавкие окислы алюминия.
Сварку никеля, нихрома и никельмолибденового сплава выполняют электродами, разработанными НИИХИММАШем. Для дуговой, воздушно-дуговой и кислородно-дуговой резки сталей и чугуна применяют стальные стержневые электроды, большинство покрытий которых содержит марганцовую руду. При высокой температуре дуги марганцовая руда разлагается и из нее выделяется свободный кислород, который значительно улучшает процесс дуговой резки.
В покрытия других марок электродов, например марки АНР, дополнительно вводят декстрин. При сгорании декстрина в сварочной дуге возрастает газовое дутье, которое еще больше усиливает процесс дуговой резки металла.
Для подводной сварки электроды могут иметь такой же состав покрытия, как и электроды, применяемые для сварки в обычных условиях (электроды марки УОНИ-13/45П; ЦН-П и др.). В состав покрытий некоторых других марок электродов дополнительно вводятся сильно действующие стабилизирующие вещества, такие, как красная кровяная соль (электроды 27-09; ЛПС-3; ЛПС-4), двуокись титана и повышенное количество жидкого стекла (электроды ЛПС-5) и т. п.
Для сохранения электродного покрытия в воде от разрушения электроды после прокалки покрываются водонепроницаемым слоем. Лучшим водонепроницаемым покрытием, обладающим достаточной прочностью при хранении и транспортировке, а также стойкостью в морской и речной воде, является кузбасслак. Покрытие кузбасслаком производится методом окунания электродов с последующей сушкой на воздухе.
Для подводной кислородной дуговой резки металла используются трубчатые стальные электроды, имеющие наружный диаметр 7—8 мм и диаметр отверстия трубки 2—3 мм. На трубчатые электроды наносятся покрытия, основным назначением которых является создание устойчивого горения дуги и сохранения водонепроницаемости. Лучшим покрытием для этой цели служит крафт-бумага, наклеенная на электродные стержни при помощи жидкого стекла. Последнее выполняет роль не только клеящего вещества, оно одновременно создает хорошую устойчивость дугового разряда. Для электрокислородной резки металла в морской и речной воде на различных глубинах хорошо зарекомендовали себя также электроды марки ПРТ.
Часто во время осуществления сварки или пайки металлов и их сплавов возникают неожиданные проблемы. О многих из них мы и поговорим в разделе «вопросы и
ответы»
Эмалирование металлов – технология, которая позволяет наносить на поверхность изделий из стали специальный защитный слой, отличающийся великолепными эстетическими
свойствами.
Металлические электроды, предназначенные для дуговой сварки, наплавки и резки металлов, как правило, имеют специальные покрытия (обмазки). Назначение покрытий — повышение устойчивости или стабилизации сварочной дуги и улучшение качества наплавленного металла.
Устойчивость дугового разряда повышают различные соединения щелочных и щелочно-земельных металлов, как-то: калиевая селитра, поташ, хромовокислый калий, кальцинированная сода, углекислый барий или кальций (мел) и пр.
