Электроды для контактной сварки: какие бывают, как и где используются, их характеристики

Вместо заключения

Материалы для электродов, их форма и размер могут быть самыми разнообразными: от примитивных и простых до замысловатых и с трудно выговариваемым составом

Здесь важно четко осознавать, какой тип работ вам предстоит. И уже, исходя из этого, подбирать электроды

Электроды в контактной сварке

Электроды в контактной сварке служат для замыкания вторичного контура через свариваемые детали. Кроме этого при шовной сварке электроды-ролики перемещают свариваемые детали и удерживают их в процессе нагрева и осадки.

Важнейшая характеристика электродов — стойкость, способность сохранять исходную форму, размеры и свойства при нагреве рабочей поверхности до температуры 600 0С и ударных усилиях сжатия до 5 кг/мм2. Электроды для точечной сварки — это быстроизнашивающийся сменный инструмент сварочной машины. Для изготовления электродов используют медь и жаропрочные медные сплавы — бронзы. Это может быть хромоциркониевая бронза БрХЦрА; кадмиевая БрКд1; хромистая БрХ; бронза, легированная никелем, титаном и бериллием БрНТБ или кремний-никелевая бронза БрКН-1-4. Последние две бронзы обладают повышенной износостойкостью, из них можно изготавливать электроды-губки стыковых машин. Материалы для электродов должны обладать также высокой электро- и теплопроводностью, чтобы их нагрев в процессе сварки был меньше. Температура разупрочнения бронз не превышает 0,5 их температуры плавления, а рабочая поверхность электрода нагревается до 0,6 Тпл. При таких условиях электродные бронзы относительно быстро разупрочняются. Повысить износостойкость электродов можно, используя технологические факторы. Сварку алюминиевых и магниевых сплавов лучше производить на конденсаторных машинах, а не на машинах переменного тока. Вместо механической зачистки нужна химическая очистка поверхности, травление и пассивация. Расстояние l от рабочей поверхности до дна охлаждающего канала (рис. 2) не должно превышать 10…12 мм, увеличение его до 15 мм повышает износ электрода в 2 раза. При сварке черных металлов стойкость электродов можно повысить в 3…4 раза только за счет сферической заточки электрода и снижения темпа сварки до 40…60 точек в минуту.

Рис. 2. Схемы электродов для точечной сварки: а — с наружным посадочным конусом; б — колпачковых

Электрод должен иметь минимальную массу, удобно и надежно устанавливаться на сварочной машине. Диаметр D должен обеспечивать устойчивость электрода против изгиба при сжатии его усилием сварки, а также возможность захвата инструментом для снятия. Внутренний диаметр должен обеспечивать ввод трубки с охлаждающей водой и выход воды, обычно d0 = 8 мм. Длина конусной части для крепления электрода в свече машины l1 <= 1,2 D. Угол конусности 1:10 при D < 25 мм и 1 : 5 при D > 32 мм. Диаметр рабочей части электрода выбирают в зависимости от толщины кромок свариваемых деталей dэ = 3S. Стойкость электродов с наружным посадочным конусом (рис. 2, а) обычно не превышает 20 000 сварок. Стойкость колпачковых электродов (рис. 2, б) с внутренним посадочным конусом достигает 100 000 сварок вследствие лучших условий охлаждения. Для сварки деталей сложной конфигурации в труднодоступных местах применяют фигурные электроды.

Электроды для рельефной сварки конструктивно приближаются к форме изделия. В простейшем случае это плиты с плоской рабочей поверхностью.

Электроды-ролики шовных машин имеют форму дисков. Ширина рабочей поверхности ролика В и его толщина Н зависят от толщины S свариваемой детали.

Токоведущие губки стыковых машин по форме и размерам должны соответствовать поперечному сечению свариваемых деталей. Длину губок выбирают такой, чтобы обеспечить соосность деталей и предотвратить их проскальзывание при осадке. При сварке стержней она составляет 3…4 их диаметра, а при сварке полос — не менее 10 толщин полосы.

Подготовка деталей к сварке

Поверхность деталей в зоне контакта деталей между собой и в месте контакта с электродами зачищают от окислов и других загрязнений. При плохой зачистке возрастают потери мощности, ухудшается качество соединений и увеличивается износ электродов. В технологии контактной точечной сварки, для зачистки поверхности используют пескоструйную обработку, наждачные круги и металлические щетки, а также травление в специальных растворах.

Высокие требования предъявляются к качеству поверхности деталей из алюминиевых и магниевых сплавов. Целью подготовки поверхности под сварку является удаление без повреждения металла относительно толстой пленки окислов с высоким и неравномерным электрическим сопротивлением.

Показатели определяющие род тока

Забегая вперед, нужно сказать, что нет электродов которые предназначены только для сварки одним переменным током.

Внимание!!! Всякий электрод работающий на переменном токе, работает и на постоянном. Но не всякий электрод работающий на постоянном, может гореть на переменном. Поэтому корректнее здесь будет говорить об универсальных электродах

Поэтому корректнее здесь будет говорить об универсальных электродах.

Основные технологические свойства электродов определяются такими показателями как: род тока (переменный или постоянный); прямая или обратная полярность (для постоянного тока);сила тока; коэффициент наплавки. А вот сами эти свойства зависят от химического состава стержня и качества покрытия.

Сталь

Для стержней электродов используют стальную проволоку, которая делится на три группы:

•низкоуглеродистая;

•легированная;

•высоколегированная.

Расшифровывается марка проволоки следующим порядком: Св — значит сварочная, далее идет цифровое значение содержания углерода в сотых долях процента, далее могут быть легирующие добавки, а на конце стоять буква-«А» или две «АА», что значит пониженное или очень пониженное содержание серы и фосфора.

Химический состав проволоки должен удовлетворять требуемому качеству сварного соединения.

ГОСТы: сварочное оборудование

ГОСТы: требования к оборудованию для дуговой сварки – идентичные международным стандартам

Номер ГОСТ	Наименование
ГОСТ Р МЭК 60974-1-2012	Оборудование для дуговой сварки. Часть 1. Источники сварочного тока.
ГОСТ IEC 60974-2-2014	Оборудование для дуговой сварки. Часть 2. Системы жидкостного охлаждения.
ГОСТ IEC 60974-3-2014	Оборудование для дуговой сварки. Часть 3. Устройства зажигания и стабилизации дуги.
ГОСТ Р МЭК 60974-4-2014	Оборудование для дуговой сварки. Часть 4. Периодическая проверка и испытание
ГОСТ IEC 60974-5-2014	Оборудование для дуговой сварки. Часть 5. Механизм подачи проволоки
ГОСТ IEC 60974-7-2015	Оборудование для дуговой сварки. Часть 7. Горелки
ГОСТ IEC 60974-8-2014	Оборудование для дуговой сварки. Часть 8. Пульты подачи газа для сварочных систем и систем плазменной резки
ГОСТ Р МЭК 60974-9-2014	Оборудование для дуговой сварки. Часть 9. Монтаж и эксплуатация
ГОСТ IEC 60974-10-2017	Оборудование для дуговой сварки. Часть 10. Требования электромагнитной совместимости (ЭМС)
ГОСТ IEC 60974-11-2014	Оборудование для дуговой сварки. Часть 11. Электрододержатели
ГОСТ IEC 60974-12-2014	Оборудование для дуговой сварки. Часть 12. Соединительные устройства для сварочных кабелей

• ГОСТ 4.140-85 Система показателей качества продукции.Оборудование электросварочное.Номенклатура показателей.
• ГОСТ 95-77 Трансформаторы однофазные однопостовыедля ручной дуговой сварки. Общие технические условия.
• ГОСТ 7012-77 Трансформаторы однофазные однопостовые для автоматической дуговой сварки под флюсом. Общие технические условия.
• ГОСТ 18130-79 Полуавтоматы для дуговой сварки плавящимся электродом. Общие технические условия.
• ГОСТ 25445-82 Барабаны, катушки и сердечники для сварочной проволоки. Основные размеры.
• ГОСТ 304-82 Генераторы сварочные. Общие технические условия.
• ГОСТ 2402-82 Агрегаты сварочные с двигателями внутреннего сгорания. Общие технические условия.
• ГОСТ 7237-82 Преобразователи сварочные. Общие технические условия.
• ГОСТ 8213-75 Автоматы для дуговой сварки плавящимся электродом. Общие технические условия.
• ГОСТ 24376-91 Инверторы полупроводниковые. Общие технические условия.
• ГОСТ 14651-78 Электрододержатели для ручной дуговой сварки. Технические условия.
• ГОСТ 22990-78 Машины контактные. Термины и определения.
• ГОСТ 297-80 Машины контактные. Общие технические условия.
• ГОСТ 14111-90 Электроды прямые для контактной точечной сварки. Типы и размеры.
• ГОСТ 25444-90 Электроды прямые и электрододержатели для контактной точечной сварки. Посадки конические. Размеры.
• ГОСТ 10594-80 Оборудование для дуговой, контактной, ультразвуковой сварки и для плазменной обработки.Ряды параметров.
• ГОСТ 25616-83 Источники питания для дуговой сварки. Методы испытания сварочных свойств.
• ГОСТ Р 50664-94 Аппараты ультразвуковые технологические. Рабочие частоты.
• ГОСТ Р 51526-99 Совместимость технических средств электромагнитная. Оборудование для дуговой сварки. Требования и методы испытаний.
• ГОСТ Р 51526-2012 Совместимость технических средств электромагнитная. Оборудование для дуговой сварки. Часть 10. Требования и методы испытаний.
• ГОСТ Р 55139-2012 Совместимость технических средств электромагнитная. Оборудование для контактной сварки. Часть 2. Требования и методы испытаний.
• ГОСТ 13821-77 Выпрямители однопостовые с падающими внешними характеристиками для дуговой сварки. Общие технические условия.
• ГОСТ IEC 60245-6-2011 Кабели с резиновой изоляцией на номинальное напряжение до 450/750 В включительно. Кабели для электродной дуговой сварки.
• ГОСТ Р 55554-2013 Электродержатели для подводной сварки и резки. Общие технические условия.
• ГОСТ Р 55738-2013 Шпильки и керамические кольца для сварки.

ГОСТы: процессы сваркиГОСТы: сварные соединения. Типы, конструктивные элементы и размерыГОСТы: сварочные расходуемые материалыГОСТы: сварочное оборудованиеГОСТы: механическое сварочное оборудованиеГОСТы: безопасность труда, требования безопасности к сварочному оборудованиюГОСТы: неразрушающие методы контроля сварных соединений, качество сваркиГОСТы: методы химического анализа сварочных материаловГОСТы: газовая сварка и резка металлов

Материалы электродов

Согласно ГОСТ 2601, критерием качества готового шва является его прочность на разрыв или сдвиг. Она зависит от интенсивности тепловой мощности в зоне электрического разряда, а потому связывается в первую очередь с теплофизическими характеристиками материала электродов.

Использование медных электродов малоэффективно по двум причинам. Во-первых, медь, являясь высокопластичным металлом, не обладает достаточной упругостью, чтобы в период между рабочими циклами полностью восстановить геометрическую форму электродов. Во-вторых, медь весьма дефицитна, а частая замена электродов обуславливает и высокие финансовые затраты.

https://youtube.com/watch?v=MJzA5CA_Zxg%3F

Попытки использовать более твёрдую, упрочнённую медь успеха не имеют: для нагартованного материала параллельно с повышением твёрдости снижается температура рекристаллизации, поэтому с каждым рабочим циклом износ рабочего торца электрода для контактной сварки будет возрастать. Поэтому практическое применение получили медные сплавы с добавлением ряда других металлов. В частности, введение в медный сплав кадмия, бериллия, магния, цинка и алюминия мало изменяет показатель теплопроводности, зато улучшает твёрдость при нагреве. Стойкость электрода от динамических тепловых нагрузок увеличивают железо, никель, хром и кремний.

При подборе оптимального материала сварочных электродов для контактной сварки ориентируются на показатель удельной электропроводности сплава. Чем меньше он будет отличаться (в меньшую сторону) от электропроводности чистой меди – 0,0172 Ом·мм2/м, тем лучше.

Наиболее эффективную стойкость против износа и деформации показывают сплавы, в состав которых входят кадмий (0,9…1,2%), магний (0,1…0,9%) и бор (0,02…0,03%).

Выбор материала для электродов точечной сварки зависит также и от конкретных задач процесса. Можно выделить три группы:

Электроды, предназначенные для проведения контактной сварки в жёстких условиях (непрерывное чередование циклов, поверхностные температуры до 450…500ºС). Их изготавливают из бронз, содержащих хром и цирконий (Бр.Х, Бр.ХЦр 0,6-0,05. В эту же группу включают никель- кремнистые бронзы (Бр.КН1-4), а также бронзы, дополнительно легированные титаном и бериллием (Бр.НТБ), используемые для точечной сварки нержавеющих и жаропрочных сталей и сплавов.
Электроды, применяемые при контактных температурах на поверхности до 250…300ºС (сварка обычных углеродистых и низколегированных сталей, медных и алюминиевых изделий). Их производят из медных сплавов марок МС и МК.
Электроды для относительно лёгких режимов эксплуатации (поверхностные температуры до 120…200ºС). В качестве материалов применяется кадмиевая бронза Бр.Кд1, хромистая бронза Бр.Х08, кремненикелевая бронза Бр.НК и др. Такие электроды могут использоваться также и для роликовой контактной электросварки.

Следует отметить, что по убыванию удельной электропроводности (по отношению к чистой меди) эти материалы располагаются в следующей последовательности: Бр.ХЦр 0,6-0,05→МС→МК→Бр.Х→Бр.Х08→Бр.НТБ→Бр.НК →Бр.Кд1→Бр.КН1-4. В частности, разогрев до требуемой температуры электрода, изготовленного из бронзы Бр.ХЦр 0,6-0,05 произойдёт примерно вдвое быстрее, чем полученного из бронзы Бр.КН1-4.

https://youtube.com/watch?v=ZBd1YXpUtXc%3F

Классификация маркировок

ПОСМОТРЕТЬ Электроды для сварки стали на AliExpress →

Электроды для сварки стали Э-42А, Э-38 и Э-50А маркируются так:

1. Э – электрод.
2. 35 – число указывает временное сопротивление разрыву.
3. А – может использоваться для наплавки пластичного металла.
4. Н – позволяет делать дополнительную наплавку на разные поверхности металла с особыми свойствами.
5. Т – предназначены для теплостойких, тугоплавких и легированных сталей. Усилие шва на разрыв – около 600 МПа.

6. У – для сварки конструкционных сталей с малым содержанием легирующих добавок. Качество сварного шва обеспечивает усилие разрыва 600 МПа.

1. 1 – универсальный.
2. 2 – подходит для большинства положений, кроме вертикального сверху вниз.
3. 3 – подходит для вертикальных и горизонтальных швов, кроме потолочных.
4. 4 – только для горизонтального шва и нижнего в лодочку.

Содержание химических элементов обозначается так: Х – хром, М – молибден, Б – ниобий, Ф – ванадий.

В зависимости от толщины обмазки предусмотрено обозначение (D – диаметр покрытия, а d – диаметр стержня электрода):

• тонкое (D/d ≤ 1,20) – М;
• среднее (1,20 < D/d ≤ 1,45) – С;
• толстое (1,45 < D/d ≤ 1,80) – Д;
• особо толстое (D/d > 1,80) – Г.

Например, надпись на пачке Э-46-ЛЭ3АНО-21-УД Е 43 1(3) РЦ-13 имеет следующую расшифровку:

1. Э-46 – электроды с пределом прочности на разрыв – 46 кгс/мм²;
2. ЛЭ3АНО-21 – марка электрода;
3. У – для сварки низкоуглеродистых и углеродистых сталей с пределом прочности на растяжение – 60 кгс/мм²;
4. Д – коэффициент толщины – 1,45–1,8 (толстое);
5. Е – есть покрытие;
6. 43 – предел прочности на растяжение – 44 кгс/мм²;
7. 1 – относительное удлинение – 20%;
8. (3) – температурный минимум – 20 °C, при котором сохраняется вязкость металла – 34 Дж/см²;
9. РЦ – рутилово-целлюлозное покрытие;
10. 1 – предназначен для всех положений сваривания;
11. 3 – работает от постоянного и переменного тока обратной полярности.

Классификация стальных покрытых электродов для ручной дуговой сварки

Классификация покрытых электродов, в зависимости от их назначения

Электроды для ручной дуговой сварки изготавливают в соответствии с требованиями ГОСТ9466. В зависимости от области применения, согласно ГОСТ9467, стальные покрытые электроды для дуговой сварки делятся на следующие группы:

У – для сварки углеродистых и низкоуглеродистых конструкционных сталей с временным сопротивлением разрыву 600МПа. Для этой цели, согласно ГОСТ9476, используются следующие марки электродов: Э38, Э42, Э42А, Э46, Э50, Э50А, Э55, Э60.

Л – электроды данной группы применяют для сварки легированных сталей, а также для сварки конструкционных сталей с временным сопротивлением разрывы более 600МПа.Это такие марки электродов, как Э70, Э85, Э100, Э125, Э150.

Т – данные электроды предназначены для сварки легированных теплостойких сталей. В – электроды для сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами (ГОСТ10052).Н – электроды для наплавки поверхностных слоёв с особыми свойствами.

Классификация электродов, в зависимости от вида покрытия

А – электроды с кислым покрытием (например, АНО-2, СМ-5 и др.). Эти покрытия состоят из оксидов железа, марганца, кремнезёма, ферромарганца. Эти электроды обладают высокой токсичностью из-за содержания оксида марганца, но, при этом, обладают высокой технологичностью.

Б – основное покрытие (электроды УОНИ-13/45, УП-1/45, ОЗС-2, ДСК-50 и др.). В состав этих покрытий не входят оксиды железа и марганца. В состав покрытия для электродов УОНИ-13/45 входят мрамор, плавиковый шпат, кварцевый песок, ферросилиций, ферромарганец, ферротитан, замешанные на жидком стекле. При сварке электродами с основным покрытием, получается сварной шов с высокой пластичностью. Данные электроды используют для сварки ответственных сварных конструкций.

Р – электроды с рутиловым покрытием (АНО-3, АНО-4, ОЭС-3, ОЗС-4, ОЗС-6, МР-3, МР-4 и др.). Основу покрытия данных электродов составляет рутил TiO₂, давший название этой группе электродов. Рутиловые электроды для ручной дуговой сварки менее вредные для здоровья, чем другие. При сварке металла такими электродами толщина шлака на сварном шве небольшая и жидкий шлак быстро твердеет. Это позволяет использовать данные электроды для выполнения швов в любом положении.

Ц – группа электродов с целлюлозным покрытием (ВСЦ-1, ВСЦ-2, ОЗЦ-1 и др.). Компонентами для таких покрытий являются целлюлоза, органическая смола, тальк, ферросплавы и некоторые другие составляющие. Электроды с таким покрытием можно использовать для выполнения сварки в любом положении. Преимущественно они используются при сварке металлов малой толщины. Недостатком их является пониженная пластичность сварного шва.

Классификация электродов по толщине покрытия

В зависимости от толщины покрытия (отношения диаметра электрода D к диаметру электродного стержня d), электроды подразделяются на группы:

М – с тонким покрытием (соотношение D/d не более 1,2). С – со средним покрытием (соотношение D/d в пределах от 1,2 до 1,45). Д – с толстым покрытием (соотношение D/d в пределах от 1,45 до 1,8). Г – электроды с особо толстым покрытием (соотношение D/d более 1,8).

Классификация электродов по качеству

Классификация по качеству включает в себя учёт таких показателей, как точность изготовления, отсутствие дефектов в сварном шве, выполненном электродом, состояние поверхности у покрытия, содержание серы и фосфора в металле сварного шва. В зависимости от этих показателей, электроды делятся на группы 1,2,3. Чем больше номер группы, тем лучше качество электрода и выше качество сварки.

Классификация электродов по пространственному положению при сварке

Различают 4 группы электродов, в зависимости от допускаемого пространственного расположения свариваемых деталей:

1 – допускается сварка в любом положении; 2 – сварка в любом положении, кроме выполнения вертикальных швов сверху вниз; 3 – сварка в нижнем положении, а также выполнение горизонтальных швов и вертикальных снизу вверх; 4 – сварка в нижнем положении и нижнем “в лодочку”.

Кроме вышеперечисленных способов классификации, ГОСТ9466 предусматривает классификацию электродов в зависимости от полярности сварочного тока, напряжения холостого хода, вида источника питания сварочной дуги. Исходя из этих показателей, электроды делятся на десять групп и обозначаются цифрами от 0 до 9.

Виды сварочных проволок

Проволоки могут быть разделены на четыре типа: алюминиевые, омедненные, нержавеющие и порошковые. Давайте разберемся с особенностями, которые характеризуют данные типы проволок.

Алюминиевые проволоки используют тогда, когда необходимо произвести соединение алюминия с кремнием или алюминия с марганцем.

Омедненные проволоки применяют в тех случаях, когда требуется соединить низкоуглеродистые и низколегированные стали. Такие проволоки позволяют повысить качество шва, поддерживают горение сварочной дуги, предотвращают разбрызгивание расплавленного металла.

И наконец, порошковые стержни применяется в судостроении, где недопустимо применение других типов проволок. Она отличается от перечисленных тем, что предыдущие производят сваривание изделия в среде защитных газов, в то время как порошковые — нет.

Стоит упомянуть и о сварке под флюсом, где вместо среды защитных газов используется флюс, которым могут являться такие элементы, как борная кислота, бура, фториды и хлориды. Он защищает сварочную ванну от попадания вредным примесей и газов, которые пагубно влияют на металл.

Говоря подробнее об назначении покрытия, оно должно обеспечивать стабильное горение сварочной дуги и получение металла на шве с заданными свойствами, такими как ударная вязкость, стойкости от коррозии, пластичность, прочность и другие. Шлак, в свою очередь, служит для защиты еще не затвердевшего расплавленного металла от попадания кислорода и азота, которые являются вредными включениями и нарушают технологичность детали. Также шлаковая оболочка в значительной мере уменьшает скорость затвердевания шва, позволяя выходить из сварочной ванны неметаллических и газовых включений. Компонентами, образующими шлак, являются: доломит, марганцевая руда, титановый концентрат, кварцевый песок, мел и многие другие.

Легирование сварочного шва производится для добавления специальных свойств изделию. Легирующими компонентами являются: хром, вольфрам, молибден, никель, марганец и другие.Также легирование металла производится проволокой, которая уже содержит нужные для этого элементы, но чаще всего легирования сварочного шва достигают введением легирующих компонентов в состав нанесения.

Иногда для повышения производительности сварочного процесса и для увеличения наплавляемого металла за отрезок времени в покрытие добавляют железный порошок. Его введение повышает технологические свойства стержня, а именно облегчает зажигание дуги, уменьшает скорость охлаждения металла, улучшая сварку при низких температурах.

Типы электродов для покрытия бывают следующими:

• А — с кислотным нанесением с содержанием окиси марганца, кремния, железа и титана. Электрод группы А может быть применен при сварке стали; для электродов марки А нет никаких пространственных ограничений.
• Б — с нанесением, в основу которого входят карбонат кальция и фтористый кальций; электроды марки Б не должны применяться для сварки в вертикальном положении.
• Ц — с нанесением из целлюлозы, в которое также входят органически вещества, создающие защиту дуги при сгорании и образующие тонкий слой шлака;
• Р — с рутиловым покрытием, которое направлено на уменьшения разбрызгивания металла, устойчивости горения дуги и формирование швов во всех пространственных направлениях;
• Ж- ставится в обозначение при присутствии в составе покрытия более 20% железного порошка;
• П — прочие виды покрытия.

Еще существуют типы электродов для покрытия с оболочкой смешанного вида, они обозначаются сразу двумя буквами.

Существуют типы электродов по применению их в определенном пространственном положении. Они тоже маркируются, а именно следующими цифровыми кодами:

1. данный цифровой код говорит об универсальности типа;
2. данный вид подходит для использования во все пространственных положениях, кроме вертикального;
3. предназначен для вертикальных и горизонтальных работы, но работы под потолком не допустимы;
4. только для горизонтальных швов.