Электроды: виды и характеристики

Сварочные электроды — это расходные материалы, используемые в процессе контактной сварки. Они необходимы для зажигания и поддержания электрической дуги, а также для формирования сварочного шва и наплавки металла. От правильного использования этих материалов зависит качество сварки, надёжность соединения и внешний вид сварного шва.
Существует несколько видов сварочных электродов, каждый из которых имеет свои особенности и применяется для определённых целей.

Покрытые электроды

Покрытые электроды используются для сварки металлоконструкций методом ручной дуговой сварки. Они подходят для работы с различными металлами и их сплавами, позволяют создавать прочные неразборные соединения, наплавлять металл на поверхности деталей и проводить дуговую резку.
Покрытые электроды изготавливаются из низкоуглеродистой, легированной или высоколегированной стали. Их диаметр может варьироваться от 1,6 до 8 мм. Покрытие на стержне электрода повышает устойчивость горения дуги, защищает сварочную область от кислорода и влаги, а также легирует металл сварочного шва, придавая ему особые свойства. В зависимости от состава покрытия, различают четыре типа покрытий: кислое, основное, рутиловое и целлюлозное. Толщина покрытия может быть разной, в зависимости от её значения выделяют четыре группы электродов: с тонким покрытием, средней толщины, с толстым и с особо толстым покрытием.

Непокрытые электроды

Непокрытые электроды используются в виде сварочной проволоки для автоматической и полуавтоматической сварки. Отсутствие специального покрытия требует использования защитного газа. Сам электрод играет роль зажигателя дуги и выступает в качестве металла, формирующего сварной шов. Материал электрода должен соответствовать базовому металлу свариваемых элементов для обеспечения высокой надёжности соединения.

Тугоплавкие электроды

Тугоплавкие электроды включают вольфрамовые, угольные и графитовые. Вольфрамовые электроды предназначены для аргонодуговой сварки постоянным и переменным током различных металлов, таких как алюминий, медь, никель, магний, бронза, нержавеющая сталь и различные металлические сплавы. Они участвуют в зажигании дуги, её поддержании и расплавлении основного металла, но не плавятся сами и не участвуют в формировании сварочного шва. Вольфрамовые электроды изготавливаются из металлических стержней диаметром от 1 до 4 мм. Для придания сварочному шву необходимых свойств, электроды могут покрываться соответствующей обмазкой.

Угольные электроды

Угольные электроды используются для устранения дефектов на поверхности металлических деталей и резки металлов по воздушно-дуговой технологии. Графитовые стержни применяются для сварки сплавов алюминия, меди и других цветных металлов.
Легкоплавкие электроды используются для создания неразборных соединений из металлов с относительно низкой температурой плавления. Плавкий электрод состоит из стержня, покрытого специальным составом, который придаёт сварочному шву необходимые свойства. Металл, образующийся после плавления электрода, заполняет сварочную ванну и участвует в формировании шва. Чем ближе состав электрода к основному металлу, тем выше качество соединения.

Характеристика сварочных электродов

Среди основных характеристик, которые необходимо учитывать, можно выделить следующие.

Температура сварки

Для успешной сварки необходимо обеспечить температуру в сварочной зоне, которая превышает точку плавления металла соединяемых деталей. В области горения дуги температура достигает нескольких тысяч градусов, что позволяет относительно легко плавить металл. Если используются плавящиеся электроды, их температура плавления должна соответствовать температуре плавления основного металла. В этом случае плавятся как основной, так и присадочный металл, образуя сварной шов. При использовании тугоплавких электродов плавится только основной металл, из которого и формируется шов.

Сила тока

Для сварки различных металлов и сплавов используется переменный или постоянный ток. Кроме того, сварка может осуществляться по технологии прямой или обратной полярности. Чтобы соединение было прочным и долговечным, необходимо правильно подобрать силу рабочего тока. От неё зависит глубина проплавления металла. Чем толще свариваемые детали, тем больше должен быть ток и тем больше должен быть диаметр электрода. Соотношение между толщиной свариваемых деталей и силой тока, которую должен выдерживать электрод, указано в таблице.

Виды и состав покрытий сварочных электродов

Свойства сварочных электродов во многом определяются покрытием, которое наносится на сердечник.

Кислые покрытия содержат оксиды марганца, железа, кремния и целлюлозу. Они обеспечивают быстрый поджиг дуги при низком напряжении и её стабильное горение. Сварка может проводиться как переменным, так и постоянным током. Электроды с кислым покрытием подходят для сварки деталей из низколегированных сталей.

Основное или фтористо-кальциевое покрытие состоит из карбонатов магния и кальция, ферромарганца и плавкого шпата. Этот тип электродов используется для сварки постоянным током по технологии обратной полярности. Электроды с основным покрытием эффективно защищают швы от образования микротрещин и дефектов, поэтому они применяются для сварки ответственных металлоконструкций, где требуется высокое качество и надёжность сварного шва.

Рутиловые электроды содержат диоксид титана, карбонаты магния и кальция, кремнезём и ферромарганец. Они позволяют проводить сварку с любой ориентацией электрода, при этом расплавленный металл почти не разбрызгивается. Рутиловые электроды широко используются для сварки конструкций из низкоуглеродистых сталей и соединения трубопроводов.
Электроды с целлюлозным покрытием содержат оксицеллюлозу, крахмал, диоксид титана, силикаты и ферромарганец. Эти вещества обеспечивают хорошее горение электрической дуги при сварке постоянным током. Благодаря лёгкому ведению шва сварщикам проще поддерживать высокий уровень производительности.

Удельное сопротивление сварочных электродов указывает на их способность проводить электрический ток. Оно зависит от материала, из которого изготовлен электрод. Удельное сопротивление необходимо знать для расчёта тока, требуемого для сварки, а также для определения тепловых потерь в процессе сварки. От этой характеристики зависит качество сварного шва и надёжность соединения.
Например, для сварки стали используются электроды с удельным сопротивлением в диапазоне от 0,05 до 0,5 Ом×м. Для работы с алюминием, медью или другими металлами с высокой теплопроводностью может потребоваться электрод с большим удельным сопротивлением, например, со значениями в диапазоне от 0,2 до 2 О×мм.

Свойства сварочных электродов

От характеристик сварочных электродов напрямую зависит качество и прочность сварного шва, а следовательно, и долговечность соединений. Рассмотрим основные из них.

Химические свойства

Для сварочного электрода важен его химический состав. Он определяется основным металлом, из которого сделан электрод, и покрытием, которое нанесено на его поверхность. Химический состав электродов влияет на:
стабильность горения сварочной дуги;
характеристики металлического расплава, формирующего шов;
механические свойства соединений после сварки.
Чтобы гарантировать максимальную прочность сварного шва, электрод должен максимально соответствовать основному металлу свариваемых деталей. Присадки в покрытии могут изменять различные свойства шва.

Физические свойства

Физические свойства сварочных электродов важны для качества работы и прочности соединений. Среди основных характеристик выделяют:
теплопроводность — определяет способность материала электрода переносить тепловую энергию;
коэффициент термического расширения — показывает, насколько быстро электрод расширяется при нагревании; это влияет на качество работы при сварке мелких деталей;
температура плавления — определяет температуру, при которой материал электрода плавится; это важный параметр для сварки плавящимися электродами, когда температуры плавления электрода и основного металла должны быть близки;
электропроводность — эта характеристика сварочных электродов определяет их способность проводить электрический ток; от этого зависит стабильность горения электрической дуги.

Механические свойства

На скорость и качество сварочного процесса влияют механические свойства электродов. Среди основных выделяют:
предел текучести материала;
временное сопротивление на разрыв;
величина относительного удлинения;
ударная вязкость;
показатель твёрдости;
длина, диаметр и вес электродов.
Весогабаритные характеристики контролируются в процессе производства электродов, а остальные из перечисленных зависят от материала, из которого они сделаны.

Технологические свойства

Технологические характеристики электродов влияют как на сам процесс сварки, так и на качество соединений. Среди основных из них следует выделить:
лёгкость отделения шлака — важно, чтобы шлак легко и быстро отделялся от сварочного шва;
манёвренность — если с помощью электродов легко вести сварочный шов, скорость, качество и точность процесса повышаются;
способность к зажиганию дуги — это важное свойство электрода, которое определяет, насколько легко сварщику зажечь дугу и поддерживать её горение;
возможность работы в разных положениях — в зависимости от исполнения электродов, бывают такие, которые применяются только для работы на горизонтальных участках; но есть и универсальные — для сварки при любой пространственной ориентации металлоконструкции;
расход электрода — этот параметр определяет, насколько быстро расходуется его материал для формирования одного метра сварочного шва.

Маркировка сварочных электродов

Чтобы ориентироваться в большом количестве сварочных электродов и правильно выбирать их под конкретную задачу, используется специальная маркировка сварочных электродов. С её помощью производитель указывает основные параметры и свойства изделий. Маркировка электродов проводится согласно отечественному стандарту ГОСТ Р ИСО 2560-2011, ГОСТ 9466-75, 9467-75, 10051-75, 10052-75 и международному ISO 2560:2005.