Материалы для дуговой сварки: нормы их расчета и правила хранения

Материалы для дуговой сварки насчитывают десятки позиций, однако количество групп, в которые входит такой обширный сортамент, невелико – всего четыре основных. Внутри каждой из них есть и свое деление, но для широкой аудитории стоит указать только основные категории.

Помимо разделения на группы и виды, важно учитывать еще и нормы расходования, а также условия хранения. Мы расскажем про основные материалы для дуговой сварки, а также приведем формулы расчета их расходования и правила складирования.

Основные материалы для дуговой сварки

• Материалы для дуговой сварки, участвующие в формировании соединения металла (шва).

В данную группу включены флюсы, стержневые электроды (неплавящиеся и плавящиеся), проволока для сварочного процесса. Данные материалы используются при ручной дуговой сварке, для чего применяют электроды, а также для автоматической/полуавтоматической дуговой сварки с применением флюсов и проволоки.

Изготовление сварочной электродной проволоки происходит в соответствии с государственными стандартами. Маркируется она по-разному. Одни ее виды используют для производства покрытых электродов, иные для дуговой сварки в защитной газовой среде или под флюсом.

Проволока для сварочного процесса выбирается в зависимости от металла заготовки. Детали, изготовленные из цветных металлов, подвергают дуговой сварке с применением проволоки, соответствующей по составу основному металлу заготовки. В процессе выбора происходит проверка соответствия проволоки ТУ (техническим условиям), а также ее чистоты. Ее поверхность не должна иметь следы масел, коррозии или примесей – всего того, что может снизить качество сварного шва, привести к появлению в нем пор или посторонних веществ, постепенно разрушающих соединение в ходе эксплуатации.

Флюсы используются для дуговой сварки, их делят на керамические (неплавленые) и плавленые.

Неплавленые флюсы производятся из специальной пасты, в состав которой входит жидкое стекло и прочие хорошо измельченные компоненты. Прокаливание и просушивание, через которые проходит паста, помогают убрать из нее лишнюю влагу. В результате образуется «крупка».

Данный метод имеет существенный недостаток – во время дуговой сварки эти мелкие гранулы разрушаются и распадаются на составные части, которые затем, попадая в шов, способствуют снижению его прочности. Поэтому использование керамических флюсов ограничено некоторыми видами дуговой сварки. Например, там, где нельзя применить плавленые флюсы или для проведения наплавки.

Плавленые флюсы делаются из руды и минералов природного происхождения методом плавки в печах (электродуговых и стеклоплавильных).

Электроды – это стержни, имеющие специальное покрытие. Их длина может доходить до 45 см. Сфера применения у них разная, о чем на каждом электроде имеется маркировка (буквенно-цифровая). В ней заложены сведения о том, каким образом, при каких условиях и в каких целях лучше использовать каждый электрод.

Рассмотрим электроды, используемые для соединения легированных конструкционных, а также углеродистых сталей. Существует несколько их типов, отличающихся создаваемым сварным швом и механическими характеристиками его металла.

Малоуглеродистые стали класса С38/23 (СтЗ) обрабатывают ручной дуговой сваркой с использованием электродов Э46а, Э46, Э42а, Э42. Низколегированные стали, имеющие классы С44/29 (09г2с, 10Г2с, 109г2), а также С46/33 (15хснд, 14г2, 10г2с1д), варят электродами Э50а, Э46, Э50, Э46а. Это и есть буквенно-цифровой код, в котором Э – электрод, а цифры – временное сопротивление, которое возникает при растягивании наплавленного металла (измеряется в кН/см²).

Присутствие буквы «а» говорит о высоких свойствах пластичности наплавленного металла. Поэтому электроды с кодами Э50а или Э42а, а также Э46а используются для соединения деталей, которые часто работают при вибрационных и динамических нагрузках. Электрод Э60а используется при работе с низколегированными сталями, имеющими классы С60/45 или С52/40. Э70 – со сталями С70/60.

Все типы электродов имеют одну, а иногда несколько марок, различающихся технологическими свойствами, покрытием (вернее, его составом), маркой стержня, свойствами металла. Обмазка (она называется покрытием) делится на рутиловую, рудно-кислую, фтористо-кальциевую.

Электродам, покрытым рудно-кислой обмазкой, соответствуют марки ЦМ-8, ОММ5, ЦМ7. Они предназначены для работы с постоянным и переменным током в любом положении в пространстве. Состав металла, наплавляемого ими, близок к составу кипящей стали. Недостатки таких электродов – сильное разбрызгивание металла в процессе дуговой сварки, а также появление марганцовистых соединений, которые чрезвычайно вредно воздействуют на людей.

Фтористо-кальциевую обмазку имеют электроды марок УОНИ-13/55, СМ-11, УОНИ-13/45. Они используются при работе с обратной полярностью постоянного тока в любом положении. Наплавленный материал имеет свойства спокойной стали, а также хороший уровень ударной вязкости, как при отрицательной, так и при положительной температуре.

Данные марки электродов подходят для дуговой сварки листовых изделий повышенной толщины, предназначенных для работы под давлением, и расчетных элементов изделий, которые будут работать под динамическим воздействием.

• Материалы, применяемые при дуговой сварке, которые не участвуют в образовании металла шва.

В основном, это защитные газы, такие как гелий, аргон и прочие и их смеси.

Гелий и аргон – инертные газы с одним атомом, без запаха и цвета.

Аргон тяжелее воздуха, не дает ему проникнуть в сварочную ванну. ГОСТ 10157-79 содержит необходимую информацию об аргоне, который поставляется для сварочного процесса. Он бывает двух сортов в зависимости от назначения газа и его процентного содержания в смеси. Высшее качество имеет аргон, который используют для дуговой сварки изделий, изготовленных из цветного металла. Первый сорт используют для сталей. Особые ТУ (технические условия) имеют смеси аргона с иными газами.

Гелий легче воздуха, причем значительно. Согласно ГОСТ 20461-75 есть гелий высокой чистоты и технический.

Углекислота или углекислый газ – без цвета, с незначительным запахом при обычных условиях. Данные об этом газе содержит ГОСТ 8050-85. Газообразное вещество бывает трех видов: технический, сварочный и пищевой – отличаются они содержанием основного компонента (газа).

Производство и фасовка углекислоты в зимнее и летнее время различаются. Объем баллонов, в которые разливается газ, одинаковый – 40 дм³. Зимой в такой баллон помещается 30 дм³ или такое количество жидкости, из которых получится 15 120 дм³ газа. Летом цифра уменьшается – из 25 дм³, помещаемых в баллон, получается 12 600 дм³ газа. Баллоны для различных марок углекислоты тоже разные и использовать их можно строго в соответствии с категориями газа.

Водород очищенный – газ без цвета и запаха, значительно легче воздуха (в 14,5 раз). Технический водород, в соответствии с ГОСТ 3022-80, имеет три вида. Используется исключительно в смесях.

Кислород. Различают три вида этого газа, которые маркируют – 1, 2, 3, в соответствии с ГОСТ 5583-78. Используется О₂ в качестве добавки к углекислоте или аргону.

Наибольшее распространение получили смеси кислорода (О₂), углекислоты (СО₂) и аргона (Ar). В процессе дуговой сварки для точного измерения количества различных газов в смеси используют смесители: АКУП-1 – смесь углекислоты, аргона и кислорода; УКП-1-71 – раствор кислорода с углекислотой; УКР-1-72 – смесь кислорода и углекислого газа. До смесителя в оборудование ставится осушитель, который убирает из газа конденсат и пар.

Данная группа электродов включает также неплавящиеся.

Обобщая вышесказанное можно отметить, что группа состоит из материалов, которые не попадают в сварное соединение и не изменяют химический состав шва.

Нормы расчета материалов для дуговой сварки

Для каждого метода дуговой сварки существуют собственные нормы потребления материалов, на их основе и проводится расчет требуемого количества.

Такие нормы определяют общий объем материалов, необходимых для изготовления всего изделия. Причем обязателен учет отходов, образующихся при дуговой сварке, а также потерь. Речь идет именно обо всех материалах, суммируется расход на каждом этапе дуговой сварки, куда входит: подготовка, включающая производство прихваток, основной процесс соединения и материалы, затраченные на необходимые правки изделия.

Нормативы расхода материалов имеются для всех методов дуговой сварки и типов соединения. В процессе вычисления их количества обязательно учитываются потери, возникающие при сварке. Для них тоже есть определенные нормы, которые зависят от нескольких параметров, в частности: режима сварки, метода, длины соединения, а также сложности выполнения работ.

Расход материалов при дуговой сварке рассчитывается в соответствии с определенной формулой. Расчет производится на 1 м соединения, то есть считается количество необходимого материала на 1 м шва.

Рассмотрим формулу, позволяющую произвести расчет расхода материалов, необходимых для создания одного метра шва:

N = G × K, где

N – норма расхода материалов на 1 м соединения;

G – масса наплавленного металла соединения длиной 1 м;

K – коэффициент, с помощью которого происходит переход от массы наплавленного металла к расходу материалов.

Для определения G, то есть массы наплавленного металла в одном метре соединения, нужна другая формула:

G = F × y × L, где

F – площадь поперечного сечения сварного соединения (мм²);

y – удельная масса металла (г/см³);

L – длина соединения, равная 1 м.

Вышеуказанные формулы помогают сделать расчет расхода материалов при выполнении работ в обычном прямом положении. Для этого при проведении работ на потолке или вертикально необходимо добавлять в формулу поправочный коэффициент. Он помогает учесть различные особенности проведения работ в разных положениях.

Правила хранения материалов для дуговой сварки

Материалы для ручной дуговой сварки необходимо учитывать с соблюдением правил размещения на складе. Хранят их согласно инструкции РД 34.10.124-94. Она устанавливает требования сортировки, отдельного размещения по маркам, а также обязательного хранения в заводской упаковке.

Склад или кладовую следует размещать в закрытом помещении, специально оснащенном для хранения материалов. Электроды, имеющие дополнительное покрытие, которые специально прокалили, должны лежать в жестких коробах или в шкафах для сушки. Они обязательно должны иметь крышку, укомплектованную уплотнителем. Температура хранения материалов не должна опускаться ниже +15 °С.

Прокаленные флюсы размещаются в шкафах в аналогичных условиях. Иногда разрешается их хранить на противнях, специально изготовленных из нержавеющей стали.

Ограничений в сроке хранения вышеперечисленных материалов нет. Но только при соблюдении такого требования, как содержание их в герметично закрытой таре (шкафах для сушки, термических пеналах и пр.).

При складировании на открытых полках или шкафах, срок хранения ограничен: и для флюсов, и для электродов – 15 суток. Порошковая проволока и плавильные изделия, применяемые для соединения перлитной стали, хранятся 5 суток.

На складах, в кладовых или любых иных зонах, где хранятся сварочные материалы для дуговой сварки, необходимо устанавливать информационные таблички с такими данными, как марка, номер партии, количество и пр.