Типы электродов,  их характеристика и область применения.

Типы электродов:

Наверное, ни для кого не секрет, что электроды – это сварочные материалы. К сварочным материалам относят еще и другие принадлежности, например сварочные флюсы, присадочные пруты, проволока, защитные газы и т.д.

 Электроды делятся на несколько основных классов:

- электроды для сварки теплоустойчивых легированных видов стали;

- электроды для сварки высоколегированных видов стали с особенными свойствами;

- электроды для сварки конструкционных сталей с применением дуговой сварки;

- электроды для наплавки металла;

- электроды для сварки цветных металлов;

- электроды для сварки чугуна;

Как видите, классов очень много. Поэтому выбор электродов – это не простой процесс, потому что если Вы будете использовать сварочные электроды для сварки чугуна для того чтобы сделать наплавку, то успеха в Вашей работе будет мало или вообще не будет. На самом деле к выбору электродов нужно относиться очень внимательно и делать свой выбор не в дешевую сторону, а в сторону качества и современности.

Также электроды делятся на классы по типу покрытия:

А – это электроды с кислотным покрытием, которые содержат окиси железа, кремния и марганца;

Б – основное покрытие, которое имеет в своем покрытии карбонад кальция и фтористый кальций. Сварка электродами с основным покрытием происходит при постоянном токе переменной полярности;

Ц – целлюлозное покрытие. К основным компонентам целлюлозного покрытия относятся мука и другие органические составляющие. Эти компоненты добавлены в покрытие специально для того чтобы создавать газовую защиту при сваривании;

Р – электроды с рутиловым покрытием. Безусловно, основным компонентом является рутил, но кроме него в покрытии также есть много органических и минеральных веществ. Эти вещества гарантируют незначительное разбрызгивание металла и дают газовую защиту в процессе сваривания;

Ручная сварка выполняется при помощи электродов, тип и марка которых зависит от марки стали свариваемых элементов, рода сварочного тока и пространственного положения шва (ГОСТ 9467-75*).

Преимущество ручной электродуговой сварки заключается в ее универсальности. Она может выполняться в нижнем, вертикальном, горизонтальном и потолочном положениях (рис. 3.1), а также в труднодоступных местах. Это обусловило ее широкое распространение на монтаже, где затруднено применение механизированных способов сварки. Однако ручная сварка обладает рядом недостатков - малой глубиной проплавления основного металла, малой производительностью по сравнению с автоматической сваркой под флюсом. Для компенсации этих недостатков применяют тугоплавкие обмазки, которые повышают производительность сварки и увеличивают глубину проплавления шва (сварка с глубоким проплавлением).

Основные типы электродов для сваривания стальных конструкций:

- с пределом текучести до 500 МПа: Э-42, Э-42А, Э-46, Э-46А, Э-50, Э-50А (А - металл шва имеет повышенные пластические свойства);

- с пределом текучести более 500 МПа: Э-60, Э-70, Э-85.

Автоматическая сварка выполняется под слоем флюса, который, расплавляясь в процессе нагревания, надежно защищает расплавленный металл от соприкосновения с воздухом; сам металл остывает несколько медленнее, освобождается от пузырьков газа, шлака и различных примесей. Большая сила тока, допустимая при автоматической сварке, и лучшая теплозащита шва обеспечивают глубокое проплавление свариваемых элементов и большую скорость сварки. Этот вид сварки затруднителен для вертикальных и потолочных швов.

Рис. 3.1. Положение швов в пространстве:

1 - потолочный угловой шов; 2 - нижний угловой шов;

3 - горизонтальный стыковой шов; 4 - вертикальный угловой шов.

Электрошлаковая сварка (разновидность автоматической сварки) удобна для вертикальных стыковых швов металла толщиной от 20 мм и более. Она осуществляется под слоем расплавленного шлака; сварочная ванна защищена с боков медными ползунами, охлаждаемыми проточной водой. Сварка в среде углекислого газа не требует приспособлений для удержания флюса, может выполняться в любом пространственном положении, обеспечивает получение высококачественных сварных соединений, хотя при этой сварке поверхность шва получается менее гладкой, чем при сварке под флюсом; к недостаткам относятся также необходимость защищать рабочих от излучения дуги и от скопления газа.

Сварка порошковой проволокой, выполняемая автоматическим способом, марок ПП-АН8 и ПП-АН3 (ГОСТ 26271-84) устраняет недостатки ручной сварки. Порошковая проволока состоит из металлической оболочки толщиной 0,2...0,5 мм, которая заполнена шихтой специального состава.

Кроме указанных видов сварки, применяется контактная сварка, осуществляемая путем нагрева и пластического деформирования элементов. Она может быть точечной, шовной и стыковой.

Расчет сварных стыковых швов на действие момента, на одновременное действие изгибающего момента, поперечной и продольной сил.

При сварке встык сварной шов заменяет основной металл элемента в месте соединения. Поэтому сварные швы встык рассчитывают по тем же формулам, что и основное сечение, только напряжения сравнивают не с расчетным сопротивлением основного металла , а с расчетными сопротивлениями сварных швов . Значения расчетных сопротивлений сварных швов для стальных конструкций приведены в нормативных материалов. Чтобы сечение в месте соединения не было ослаблено, шов должен быть полным и качественным без подрезов и непроваров с полной заваркой концов. Наплавы сварного шва расчетом не учитывается. При действии осевой силы напряжение в прямом стыковом шве проверяют по формуле

где  - расчетное сопротивление стыкового соединения растяжению или сжатию.

Чтобы сделать стыковой шов при меньших расчетных сопротивлениях сварного шва растяжению равнопрочным основному металлу соединяемых элементов, его можно выполнить косым. В этом случае напряжения в шве.

где - расчетное сопротивление стыкового сварного соединения сдвигу.

Угол  между направлением продольной силы и косым швом должен быть не более 65° (практически он делается с заложением 1:2) При таком угле стык можно не проверять на прочность. В приведенных формулах t – наименьшая толщина свариваемых элементов; – расчетная длина шва, равная фактической длине за вычетом 2t (учитывающих образования кратера и не провары у концов шва). При выводе шва на подкладки можно указанные 2t не вычитать.

При действии изгибающего момента  и поперечной силы напряжения в шве.

где   =  – момент сопротивления шва, равный моменту сопротивления соединяемых элементов,

При действии одновременно осевой силы и изгибающего момента напряжения в шве будут суммироваться:

Если сварное соединение встык работает только на срез, то

В сварных швах встык, работающих одновременно на изгиб и срез, должны быть проверены приведенные напряжения по формуле:

          25. Угловые сварные швы. Основные конструктивные требования при проектировании угловых сварных швов.

          26.  Расчет угловых сварных швов на действие осевой силы; изгибающего момента, осевой и поперечной сил.

Угловые швы располагают в углах, образованных гранями соединяемых элементов. Катетом шва называется размер наименьшего из его катетов.

Фланговые угловые швы

Под воздействием продольного усилия работают на срез. Поверхность среза располагается примерно по биссектрисе углового шва, имея высоту .

Расчетная площадь среза швов

где  – расчетный катет углового сварного шва;

– расчетная длина шва (суммарная).

Коэффициент  зависит от формы шва, глубины провара, способа сварки и принимается: от 0,7 до 1,15 по нормам проектирования.

Напряжения в угловых фланговых швах по металлу шва проверяют по формуле

        или      ;

по металлу границы сплавления:   

где – расчетное сопротивление угловых швов срезу по металлу шва;

– расчетное сопротивление угловых швов срезу по металлу границы сплавления;

 – суммарная расчетная длина швов;

 – коэффициенты глубины провара;

 – коэффициенты условий работы шва;

 – коэффициент условий работы соединения конструкции.

Лобовые угловые швы

Находятся в более сложном напряженном состоянии, чем фланговые. Усилие круто перетекает через шов с одного соединяемого элемента на другой, линии силового потока резко искривляются, и поэтому в шве одновременно возникают напряжения от осевой силы, изгиба и среза. Швы разрушаются также по поверхности, проходящей примерно по биссектрисе шва. Из-за сложности напряженного состояния лобовые швы рассчитывают условно на срез по минимальной площади среза швов. Полученные напряжения сравнивают с расчетным сопротивлением углового шва, которое для угловых швов одинаково при всех видах силовых воздействий. Таким образом, расчетная формула проверки напряжений в лобовых угловых швах та же, что и для фланговых швов.

При действии изгибающего момента на прямоугольный элемент, прикрепленный угловыми швами, напряжения в швах определяют так же, как условные напряжения по поверхности среза.

где  – расчетная длина одного шва.

Если элемент имеет непрямоугольное сечение, то момент сопротивления шва Wf в формуле определяют по очертанию соединяющего шва.

При действии сдвигающей силы на элемент, прикрепленный угловыми швами, напряжения на поверхности среза считаются распределенными равномерно, и формула проверки напряжений имеет вид:

где — суммарная расчетная длина сварных швов в соединении.

При совместном действии нескольких усилий в сварном соединении с угловыми швами напряжения в швах от отдельных усилии вычисляют по вышеприведенным формулам, после чего определяют результирующие напряжения. При этом если срезывающие напряжения в одном и том же сечении углового шва имеют одно направление, то их складывают арифметически; если напряжения взаимно перпендикулярны, то определяют равнодействующую этих напряжений.

Например, при действии на элемент одновременно изгибающего момента и сдвигающей силы результирующие  напряжения будут:  

Это обстоятельство не надо путать с приведенными напряжениями в стыковых швах.

          27. Расчет комбинированных сварных соединений с накладками на действие осевой силы.

          28. Расчет комбинированных  сварных соединений  на действие изгибающего момента; одновременное действие изгибающего момента,  продольной и поперечной сил.

Если в соединении есть различные виды швов – стыковые, угловые фланговые, угловые лобовые, то оно называется комбинированным.

Условно считается, что напряжения в швах такого соединения распределяются равномерно по поверхности среза всех швов.

Соединение встык ручной сваркой с визуальным способом контроля качества шва не обеспечивает равнопрочности стыкового соединения с прочностью полосы по целому сечению, постановкой же дополнительной накладки можно получить равнопрочность.

При расчете такого типа стыков принимается, что напряжения по оси стыка в стыковом шве и накладках одинаковы

где – площадь соединяемой полосы;

— суммарная площадь накладок.

Усилие в накладке определяется по ее площади и напряжению:

.

На это усилие проверяют угловые фланговые швы, прикрепляющие накладку.