Лабораторна робота №1. Лабораторні роботи мають на меті закріпити і поглибити матеріал, що вивчається на лекціях, ознайомити студентів із методами проведення експериментальних

Вступ

Лабораторні роботи мають на меті закріпити і поглибити матеріал, що вивчається на лекціях, ознайомити студентів із методами проведення експериментальних робіт, приладами й устаткуванням, що застосовуються при їхньому виконанні.

Методичні вказівки складені у відповідності з робочою програмою “Зварювальні матеріали” для студентів спеціальності.05050401 “Зварювальне виробництво” (за скороченим терміном навчання)

Заняття проводяться відповідно до розкладу в лабораторії зварювання. Студент зобов’язаний самостійно вивчити методичне керівництво до роботи, що виконується і повторити лекційний матеріал з теми роботи з тим, щоб бути готовим відповідати на питання для самоперевірки.

Перед роботою викладачі контролюють готовність студентів до виконання роботи. Не підготовлені студенти до виконання роботи не допускаються.

Звіт про роботу складається відразу після її виконання і подається викладачу на тому ж занятті. Робота вважається виконаною після співбесіди і підписання звіту викладачем.

Студенти, що не захистили попередню роботу без поважних причин, не допускаються до виконання чергової роботи.

Правила техніки безпеки

Дотримання правил техніки безпеки є обов’язковою умовою виконання лабораторних робіт з дисципліни „ Зварювальні матеріали ”. Для забезпечення цього кожен студент повинен ознайомитися з вимогами правил безпеки та отримати допуск до виконання роботи у викладача.

Забороняється приступати до виконання робіт у верхньому одязі. Студенти, які тимчасово не задіяні на роботі з обладнанням, повинні знаходитися в місці, вказаному викладачем.

Все устаткування, яке використовується для виконання лабораторних робіт, обладнане електроприводами з напругою живлення 220 Вт або 380 Вт, тому загальними вимогами при їх використанні є дотримання правил експлуатації промислового електроустаткування для попередження ураження електричним струмом. Для цього студентам забороняється вмикати обладнання, не призначене для виконання поточної лабораторної роботи, відкривати дверцята електричних кафів та рубильників.

Всі зайві предмети, які не стосуються до виконання даної роботи, необхідно прибрати з робочого місця. Порушення правил техніки безпеки може привести до нещасних випадків. Строго дотримуйтесь цих правил та застерігайте від їх порушення своїх друзів!

Лабораторна робота №1

Тема: Вивчення хімічного складу та маркування покритих електродів

Мета: Ознайомитися з маркуванням покритих електродів та їх хімічним складом

Прилади та матеріали:

1. Комплект електродів;

2. Штангенциркуль;

3. Довідкова література по маркуванню та хімічному складу покритих електродів.

Короткі теоретичні відомості.

Покриті електроди призначені для ручного дугового зварювання і наплавлення сталей, чавунів, кольорових металів і сплавів. Це металеві стрижні з нанесеним на них покриттям (обмазкою), які під час зварювання плавляться. Покриття призначене для стабілізації горіння дуги, захисту зварної ванни від повітря, легування і розкиснення металу. Плавкі електроди призначені для підведення зварювального струму до дуги і одночасно є присаджувальним матеріалом.

Залежно від призначення і хімічного складу металу виробу електроди повинні забезпечувати:

– легке запалювання та стійке горіння дуги;

– одержання металу шва необхідного хімічного складу;

– високі механічні й технологічні властивості;

– рівномірне плавлення електродного стрижня та покриття;

– якісне формування шва;

– легке відокремлення шлаку;

– незначне розбризкування металу;

– високу продуктивність при незначних витратах;

– мінімальну токсичність.

Крім цього до електродів ставлять спеціальні вимоги:

– одержання швів із певними експлуатаційними властивостями (підвищена міцність, корозостійкість, жорсткість, стійкість проти спрацювання тощо);

– одержання швів заданих характеристик (глибина провару, підсилення, катет шва та ін.);

– використання визначених способів зварювання (просторове розташування, впирання електрода тощо).

У якості електродного дроту використовують вуглецеві й леговані сталі, чавун, кольорові метали та сплави. До складу покриття (обмазки) вводять стабілізуючі, шлакоутворюючі, газоутворюючі, розкиснювальні, легуючі та інші компоненти.

Стабілізуючі речовини призначені для забезпечення стійкого горіння дуги (поташ, сода, польовий шпат, мармур, крейда та ін.).

Шлакоутворюючі речовини сприяють утворенню шлаку, який захищає зварну ванну від повітря (марганцева руда, граніт, мармур, кремнезем, польовий шпат, плавіковий шпат та ін.).

Газоутворюючі речовини при нагріванні утворюють гази, які захищають зварну ванну від навколишнього середовища (мармур, доломіт, магнезіт тощо).

Розкиснюючі речовини розкислюють метал, який знаходиться у вигляді оксидів (феромарганець, феросиліцій, феротитан, фероалюміній).

Легуючі речовини надають металу шва задані механічні й експлуатаційні властивості (хром, нікель, вольфрам, молібден, ванадій та ін.).

Зв'язуючі речовини з'єднують усі компоненти покриття (обмазки) в однорідну масу (натрієве рідке скло Na₂O·SiO₂. калієве скло K₂O·SiO₂). Для кращого формування покриття вводять пластифікатори (каолін, декстрин та ін.). Деякі речовини обмазки одночасно виконують декілька функцій — стабілізуючі, газоутворюючі та інші.

Шлаки, що утворюються при плавленні покриття, можуть бути короткими й довгими. У коротких шлаках проходить швидке зростання в'язкості із зниженням температури. Тому для зварювання в різних просторових положеннях використовують електроди з короткими шлаками (рутилове та основне покриття). У довгих шлаках в'язкість зростає повільно при охолодженні (містять кремнезем). Для зварювання вертикальних і стельових швів електроди з Довгими шлаками не використовують тому, що зварна ванна тривалий час знаходиться у рідкому стані.

Щоб шлаки краще відділялися від поверхні шва, їхній коефіцієнт лінійного розширення повинен відрізнятися від коефіцієнта лінійного розширення металу.

За товщиною покриття бувають якісні (товсті) й стабілізуючі (тонкі). Якісні покриття мають товщину 0,5-2,5 мм і становлять 20-40% маси електродного дроту, а із залізним порошком — відповідно 3,5 мм і 50%. їх використовують для одержання швів такої ж якості як і основний метал. Стабілізуючі покриття мають товщину 0,1-0,3 мм і не впливають на якість, а тільки підвищують стабільність горіння дуги (застосовують рідко).

Усі матеріали, з яких виготовляють електроди, повинні відповідати вимогам стандартів.

Покриті електроди класифікують: за призначенням, за типом покриття, за механічними властивостями металу шва, за товщиною покриття, за допустимими просторовими положеннями зварювання, за родом струму й полярністю, а також за діаметром стрижня та іншими ознаками.

Розглянемо класифікацію за схемою умовного позначення електродів (рис. 1.1). Згідно ГОСТу 9466-75 умовне позначення електродів для зварювання і наплавлення є дріб, у чисельнику та знаменнику якого вказуються характеристики електрода.

Рис.1.1. Схема умовного позначення електродів:

1 - тип електрода; 2 - марка електрода; 3 – діаметр електрода; 4 – призначення електрода; 5 – товщина покриття; 6 – група за якістю; 7 – група індексів, які характеризують метал шва; 8 – вид покриття; 9 – просторове положення зварювання; 10 – рід струму й полярність; 11 – стандарт, який визначає вимоги щодо електродів; 12 – стандарти, які регламентують вимоги щодо даного типу електрода

1. Тип електрода характеризує мінімально гарантований тимчасовий опір наплавленого металу електродами даного типу. Умовне позначення: Э — електрод, число після букви означає мінімальний опір, а буква А після них — високу пластичність наплавленого металу Наприклад, Э46А означає тип електрода за ГОСТом 9467-75 із мінімальним тимчасовим опором 460 МПа (46 кгс/мм²) і високими пластичними властивостями наплавленого металу порівняно з електродами відповідного типу без цієї букви. За типом електроди класифікують:

–для зварювання низьковуглецевих і низьколегованих конструкційних сталей передбачаються типи електродів — Э38, Э42, Э42А, Э46, Э46А, Э50, Э50А, Э55 Э60;

–для зварювання легованих конструкційних сталей з тимчасовим опором розриву більше 600 МПа - Э70, Э85, Э100, Э125, Э150;

–для зварювання легованих теплостійких сталей — Э-09М, Э-09МХ, Э-09Х1М, Э-05Х2М, Э-09Х2М1, Э-09Х1МФ, Э-10Х5МФ, Э-10Х1М1НБФ, Э-10ХЗМ1БФ;

–для зварювання високолегованих сталей з особливими властивостями - 49 типів (ГОСТ10052-75) Э-12X13, Э-06Х13Н, Э-08Х20Н9Г2Б та ін.;

–для наплавлення поверхневих шарів з особливими властивостями - 44 типи (ГОСТ10051-75) Э-10Г2,3-30Г2ХМ, Э-65X1ШЗ та ін.

В умовних позначеннях типів електродів теплостійких, легованих і для наплавлення цифри після дефісу вказують вміст вуглецю у сотих частках відсотка, а наступні букви й цифри — умовні позначення легуючих елементів та їх вміст у відсотках. Наприклад, умовне позначення типу електрода Э-08Х20Н9Г2Б означає хімічний склад наплавленого металу: 0,08% С, 20% Сг, 9% Ni, 2% Мn, 1%Nb.

2. Марка електрода характеризується складом покриття, маркою електродного дроту, властивостями металу шва. Кожному типу може відповідати одна або декілька марок електродів. Наприклад, марки АНО-21, УОНИ-13/45, ОЗС-3 та ін. відповідають типу електрода Э46.

3. Діаметр електрода згідно ГОСТу 9466-75 може бути від 1,6 до 12 мм (довжиною від 225 до 450 мм). Наприклад, 4,0 — діаметр електрода 4 мм. На упаковках електродів в умовному позначенні часто проставляють тільки знак Ø— діаметр, а числове значення вказують окремо в іншому місці. Діаметри електродів, мм: 1,6; 1,8; 2,0;2,5; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0; 8,0; 10,0;12,0.

4. Призначення електрода. За призначенням електроди класифікують таким чином (букви є умовним позначенням):

•У — для зварювання вуглецевих і низьколегованих сталей з тимчасовим опором розриву менше 600 МПа;

• Л — для зварювання легованих конструкційних сталей з тимчасовим опором розриву більше 600 МПа;

• В — для зварювання високолегованих сталей з особливими властивостями;

• Т — для зварювання легованих теплостійких сталей;

• Н — для наплавлення поверхневих шарів з особливими властивостями.

5. Товщина покриття — залежно від відношення діаметра покритого електрода D щодо діаметра електродного стрижня d електроди класифікують так (букви є умовним позначенням):

• М— з тонким покриттям (D/d < 1,20);

• С — з середнім покриттям (1,20 < D/d < 1,45);

• Д — з товстим покриттям (1,45 < D/d < 1,80);

• Г — з особливо товстим покриттям (D/d > 1,80).

6. Якість електрода залежить від вмісту шкідливих домішок (сірки, фосфору), точності виготовлення, стану поверхні покриття, суцільності виконаного даними електродами металу шва і класифікується на групи: 1, 2 і 3. Чим вища група, тим краща якість електрода.

7. Група індексів встановлюється за ГОСТом 9467-75 і вказує характеристики наплавленого металу і металу шва. В умовному позначенні перші дві цифри після букви Е означають тимчасовий опір розриву σ_в = 370, 410, 430, і 510 МПа (відповідно 38, 42, 44 і 52 кгс/мм²), третя — відносне видовження δ_П% і критичну температуру крихкості Т_х. Третя цифра характеризує одночасно δ і Т_х, а якщо ці показники відповідають різним індексам, то третій індекс установлюють за δ і в дужках наводять додатковий четвертий індекс, який характеризує Т_х (табл. 1.1). Т_х — мінімальна температура, при якій ударна в'язкість на зразках з V-подібним скосом кромок не менше 0,35 МДж/м² (3,5 кгсм/см²).

Таблиця 1.1. Індекси металу шва, виконаного електродами для зварювання конструкційних сталей з σ_в≤ 600 МПа

Показник механічних властивостей	Перші дві цифри індексу	Третя цифра індексу
δ,%		Кожна	—	—	—	—	—	—	—
	41 або 43
тх.°с	Кожні	Нерегламентована	+20		-20	-3О	-40	-50	-60

В умовному позначенні електродів з σ_в < 600 МПа після букви Е тире не ставиться.

Наприклад, індекси Е 412 (5) означають:

41 - σ_в = 410 МПа; 2 - δ > 22%; (5) - Т_х - - 40°С.

В умовному позначенні електродів для зварювання легованих конструкційних сталей з а„ > 600 МГІа (60 кгс/мм²) група індексів металу шва подвійна. Спочатку вказується хімічний склад шва (принцип маркування для легованих сталей), а потім через дефіс — цифра, яка характеризує Т_х.

Наприклад, індекси 09Г2Н10МХ-3 означають:

09 - 0,09% С; Г2 - 2%Мn; Н10 - 10% Ni; М - 1% Мо; X - 1% Сr; 3 - Т_х = - 20°С.

Індекс металу шва для зварювання легованих теплостійких сталей згідно ГОСТ у 9467-75 є двозначним. Перша цифра характеризує Т_х, а друга — максимальну робочу температуру, при якій регламентовані показники тривалої міцності наплавленого металу й металу шва.

Наприклад, індекси 27 означають:

2 — Т_х = 0°С; 7 — тривала міцність, регламентована до температури 580°С (табл. 1.2).

Таблиця 1.2. Робочі температури швів, виконаних електродами для зварювання легованих теплостійких сталей

Температура, °С	Друга цифра індексу
< 450 або не регламентована 450-465 470-485 490-505 510-525 530-545 550-565 570-585 590-600 >600

Група індексів металу шва для зварювання високолегованих сталей з особливими властивостями (ГОСТ 10052-75) складається з чотирьох цифр для електродів, які забезпечують аустенітно-феритну структуру наплавленого металу, і з трьох цифр — для решти електродів. Індекси характеризують стійкість проти міжкристалітної корозії, жароміцність, жаростійкість і кількість фериту в металі шва (табл. 1.3).

Перша цифра характеризує наплавлений метал і метал шва, не схильний до міжкристалітної корозії при випробуваннях (ГОСТ 6032-75).

Друга цифра характеризує максимальну робочу температуру, при якій регламентований показник тривалої міцності, °С.

Третя цифра характеризує максимальну робочу температуру зварних з'єднань, при якій допускається застосування електродів при зварюванні жаростійких сталей,.

Четверта цифра характеризує вміст фериту в аустенітно-феритному наплавленому металі, %.

Таблиця 1.3. Індекси металу шва в умовному позначенні електродів для зварювання високолегованих сталей з особливими властивостями

Цифра індексу	Значення цифр індексу
перша	друга	третя	четверга
	—	—	—	Не регламентована
	А	<500	<600	0,5-4
	AM	510-550	610-650	2-4
	Б	560-600	660-700	2-5,5
	Д	610-650	710-750	2-8
	—	660-700	760-800	2-10
	—	710-750	810-900	4-10
	—	760-800	910-1000	5-15
	—	810-850	1010-1100	10-20
	—	>850	>1100	—

. Вид покриття. За видом покриття (обмазки) електроди класифікують: А (А) — кисле; Б (В) — основне; Р (R) — рутилове; Ц (С) — целюлозне; П (S) — інше; Ж — в покритті більше 20% залізного порошку (в дужках — іноземні умовні позначення виду покриття електродів).

Кисле покриття складається з кислих компонентів (кремнезем, марганцева руда, феромарганець, гематит). При нормальній товщині покриття електроди використовуються у всіх просторових положеннях, а при великій товщині — тільки для зварювання у нижньому положенні. Зварювання виконують постійним і змінним струмом, довгою дугою, на кромках з іржею, без утворення пop. Наявність феромарганцю й оксидів заліза сприяє виділенню токсичних газів, тому виробництво електродів з кислим покриттям скоротилося.

Основне покриття складається з плавикового шпату, карбонатів кальцію й магнію (крейда, магнезит, мармур). Метал шва характеризується високою ударною в'язкістю, стійкістю проти утворення кристалізаційних тріщин. Електроди з основним покриттям використовують для зварювання товстих металів із підвищеним вмістом сірки та фосфору, жорстких конструкцій виробів. Зварюють на постійному струмі зворотної полярності. При добавці калію електроди з основним покриттям використовують на змінному струмі.

Недоліком основного покриття є висока чутливість щодо утворення пop при збільшенні довжини дуги, наявності іржі, масла, окалини й вологи на кромках металу.

Рутилове покриття складається з титанових сполук (рутил, титановий концентрат, ільменіт), які призначені для шлакового захисту, а також целюлози, крейди, мармуру, декстрину - для газового захисту. Розкиснення й легування проводиться феромарганцем. Рутилове покриття забезпечує стабільне горіння дуги на змінному та постійному струмі, легке відділення шлаку, якісне формування шва, низькі витрати металу на розбризкування. Метал шва мало схильний до утворення пopпри зварюванні іржавого, вологого та окисненого металу при змінах довжини дуги.

Целюлозне покриття складається з органічних складових (целюлоза, крохмаль, харчове борошно, декстрин), які призначені для газового захисту шлакоутворюючих складових (рутил, карбонати, марганцева руда, алюмосилікати, титановий концентрат). Електроди цього вид}' мають мале покриття й тому їх використовують для зварювання у всіх просторових положеннях на змінному та постійному струмі. Недоліком електродів із целюлозним покриттям є вигоряння органічних компонентів і великі витрати на розбризкування.

Електроди змішаного покриття мають подвійне умовне позначення, яке складається з двох букв. Наприклад, РА — змішане рутилове і кисле покриття. Якщо в покритті міститься більше 20% залізного порошку, то до позначення виду покриття додається буква Ж.

9. Допустиме просторове положення зварювання або наплавлення умовно позначається цифрами і класифікується таким чином:

1 — для всіх просторових положень;

2 — для всіх положень, крім вертикального зверху вниз;

3 — для нижнього, горизонтального й вертикального знизу вверх;

4 — для нижнього та нижнього «у човник».

Електроди закордонного виробництва мають спеціальне умовне позначення у вигляді стрілок (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Умовні позначення допустимих просторових положень зварювання електродів закордонного виробництва

10. Рід струму й полярність, номінальна напруга холостого ходу джерела живлення зварювальної дуги змінного струму з частотою 50 Гц позначаються цифрами (табл. 1.4).

Таблиця 1.4. Позначення електродів залежно від струму, полярності та номінальної напруги холостого ходу джерела живлення

Рекомендована полярність постійного струму	Напруга холостого ходу джерела змінного струму, В	Позначення
номінальна	граничне відхилення
Зворотна	-	-
Будь-яка Пряма Зворотна		±5	1 2 3
Будь-яка Пряма Зворотна		±10	4 5 6
Будь-яка Пряма Зворотна		±5	7 8 9

Цифрою 0 позначають електроди для зварювання й наплавлення тільки на постійному струмі зворотної полярності.

Закордонне умовне позначення роду струму таке: АС — змінний струм, DC - постійний струм.

11. Номер ГОСТ9466-75, який визначає класифікацію, розміри й загальні технічні вимоги на покриті металеві електроди для ручного дугового зварювання.

12. ГОСТ9467-75, ГОСТ 10051-75 або ГОСТ 10052-75 регламентують вимоги щодо типу електрода, який розглядається.