Виды сварочных электродов

Сварочный электрод является стержнем-прутом, который проводит ток к месту сварки. Электрод изготавливается из основного материала (металла или не металла), который может иметь покрытие или дополнительный слой обмазки. Материал сердечника и химические элементы обмазки отвечают за качество сварного шва и продуктивность сварки.

Какой бы элементарной ни выглядела конструкция электрода, каждая ее часть важна и имеет свое назначение.
Стержень (прут) составляет основу электрода. Стержень чаще всего выполнен из металла, но может быть и неметаллическим. Диаметр стержня колеблется в пределах 0,3-12 мм.
Для изготовления металлического стержня сталь подвергают холодному прокату. Для этого берут не только высоколегированную сталь, но и углеродистую, и легированную. От категории стали зависит и назначение электрода.

Категория металла (стали)	Углеродистая	Легированная	Высоколегированная
Свариваемые элементы	Соединяет элементы из углеродистой и низколегированной стали	Соединяет элементы из легированной стали. Возможна конструкционная разновидность стали	Соединяет элементы нержавеющей стали, а также сплавов с хромом и никелем.

Контактный наконечник представляет собой торец электрода. Именно наконечник участвует в образовании дуги и отвечает за ее стабильность.
Покрытие. Электрод либо имеет, либо не имеет покрытие. Покрытие электрода создается за счет обмазки сердечника однородным составом из ряда химических элементов. Обмазка влияет на постоянность дуги, горения и на качество сварочного шва.

Во время процесса сварки происходит плавление стержня и этот пластичный материал образует сварную ванну.
Обмазка стержня при горении также плавится. Она не смешивается с основным материалом, а покрывает его тонким слоем, который не допускает поступление кислорода к месту сварки. Таким образом образуется газовое облако, защищающее сварку от влияния внешней среды.

Требования к электродам

Сварочный электрод — по своей сути расходный материал. Однако это не говорит о том, что на его качество не стоит обращать большого внимания. Напротив, именно от электрода зависит, насколько глубоко разогреется металл, насколько постоянно и бесперебойно будет держаться электрическая дуга и насколько быстро произойдет весь процесс сварки, который напрямую зависит от скорости разогрева электрода.

Электроды должны выполнять следующие задачи:

• образовать сварочный шов определенного хим. состава;
• гарантировать степень качества сварки;
• бесперебойно давать дугу;
• защищать расплавленный материал от проникновения кислорода к месту сварки;
• устранять брызги расплавленного материала;
• выделять мало летучих токсинов в течение плавления;
• обеспечить простое извлечение шлака в месте сварки;
• повышать прочность сварочного соединения.

Диаметр и длина электродов

Электроды различаются сечением стержня. При подборе диаметра электрода надо знать толщину свариваемой детали и возможности сварочной техники.
Чтобы упростить задачу по подбору электродов, воспользуйтесь таблицей.

Ø стержня (мм)	1,6	2	2,5	3	4	5	6	6-8
Ток (А)	25-50	40-80	60-100	80-160	120-200	180-250	220-320	300-400
Толщина детали (мм)	1-2	2-3	2-3	3-4	4-6	6-8	10-24	30-60

Наблюдается следующая закономерность: чем больше толщина металлической заготовки, тем больше сечение электрода необходимо.
Длина электрода варьируется в интервале 150-450 миллиметров. Длинные электроды применяют при непрерывной сварке, когда требуется сформировать шов за один подход.

Обмазка: виды, свойства, маркировка

Подробнее поговорим о разновидностях покрытия электрода. Перед вами сравнительная таблица четырех основных покрытий.

Название покрытия	Кислое	Основное	Рутиловое	Целлюлозное
Маркировка ГОСТ/ ISO	А/А	Б/В	Р/R	Ц/С
Хим.элементы в составе обмазки	Оксиды железа, марганца	Фтористые соединения, соли угольной кислоты	Диоксид титана (он же рутил), диоксид кремния, карбонат кальция\магния	Целлюлоза /травяная мука/, сплавы железа и органические смолы
Категории свариваемой стали	Низкоуглеродистая	Высокоуглеродистая легированная	Низколегированная малоуглеродистая
Назначение	Металлоконструкции малоответственные	Толстые заготовки. Конструкции, испытывающие высокие динамические нагрузки.	Строительные конструкции и изделия.	Магистральные трубопроводы.
Условия сварки	В основном - горизонтальное положение. Переменный и постоянный ток.	В любых пространственных позициях		В любых позициях, а также в труднодоступных местах. Сварка на переменном токе
Качества	Применим при сварке ржавого металла. Стабильная дуга.	Сварка дает прочное соединение. Свободные от примесей швы. Высокая пластичность соединения в ходе сварки. Устойчивость к трещинообразованию.	Высокое качество. Легкое освобождение шлака. Незначительное разбрызгивание металла.	Герметичный шов вследствие применения DC. Получается мало шлаков. Стабильность в формировании дуги. Высокая газовая безопасность металла.
Недостатки	Выделение токсинов. Высокая текучесть шва. Высокое содержание водорода.	Нестабильность сварной дуги. Непростые условия хранения. Окалина	Высокая текучесть шва. Химически грязный шов. Повышенная концентрация водорода в сварочной ванне.	Разбрызгивание металла. Преобладание Н (водорода) в сварочной ванне.

Классификация покрытий электродов на этом не заканчивается. Комплексные виды покрытий расширяют возможности применения. К ним относятся 5 категорий.

Наименование покрытий	Маркировка по ГОСТ/ISO
рутилово-целлюлозное	РЦ/RC
рутилово-основное	РБ/RB
кисло-рутиловые	АР/AR
железо-рутиловые	PЖ/RR
прoчиe	П/S

На что может повлиять покрытие-обмазка? Благодаря ей, увеличивается устойчивость шва:

• к вибрационным нагрузкам;
• к температурным перепадам;
• к механическим воздействиям и силовым нагрузкам.

Стандартизация электродов

Основные параметры электродов для дуговой сварки предписаны в стандартах ГОСТ 9466-75, который контролирует назначение, толщину обмазки, состояние наплава, вид тока. По назначению электроды можно условно разделить на три группы: плавкие, неплавкие и для наплавки.

Однако более подробное деление на классы можно увидеть в следующей классификации:

Обозначение	Назначение	Сопротивление на разрыв (МПа)
У	Для сварки углеродистых и низкоуглеродистых материалов.	не более 600
Л	Для сварки заготовок из конструкционных и легированных сталей	свыше 600
Т	Для сварки изделий из термостойкой легированной стали	-
В	Для сваривания высоколегированного металла, обладающего специальными качествами	-
H	Нанесение расплавленного слоя для качественного изменения поверхности	-

Ток является движущей силой всего процесса сварки. Причем существуют варианты — постоянный или переменный ток выбрать для той или иной операции.

• Постоянный ток дает перворазрядное качество сварного шва, при этом тратится меньшее количество расходников и работа производится оптимально быстро. Постоянный ток в ходе сварочных работ положительно влияет на формирование брызг - их образуется мало. Однако для работ требуется дорогостоящее оборудование.
• Переменный ток применяют часто при сварке, несмотря на большое количество расходников. Но вместе с тем сварка на переменном токе позволяет сэкономить на оборудовании.

При работе с инвертором требуется правильная настройка полярности тока. Возможно два варианта:

• электрод подключен к минусу, заготовка к плюсу — тогда полярность прямая;
• электрод подключен к плюсу, заготовка к минусу — полярность обратная.
Выбор той или иной полярности зависит от толщины металла:
• обратную полярность используют для сварки тонколистных элементов;
• прямую полярность - для сварки деталей большой толщины.

Толщина обмазки. Покрытие электрода можно классифицировать не только по набору элементов. Величина слоя имеет важное значение. Покрытие оценивается в сравнении двух пропорций: диаметра стержня и диаметра стержня с покрытием.

Толщина покрытия	Маркировка
Тонкое	М
Среднее	С
Толстое	Д
Сверхтолстое	Г

Наплав. В ходе сваривания электрод держат в такой позиции, как предписано в спецификации.
Если электродом можно работать в вертикальном направлении (причем как сверху вниз, так и наоборот) — это должно быть обозначено на упаковке. Так же должно быть указание на горизонтальное положение или на любое положение электрода во время сварки.
Для удобной идентификации электроды маркируются цифрами от 1 до 4, где 1 обозначает, что электрод во время работы может располагаться в любом положении;
2 — данный электрод пригоден для сварки в любом пространственном положении, за исключением движения сверху вниз;
3 — электрод ориентирован по горизонтали, по вертикали и в нижнем положении;
4 — электрод занимает позицию внизу (например, «лодочкой»).

Виды сварочных электродов

Для точечной сварки производители делают электроды из металла и их сплавов, которые являются проводниками тока. Электрод имеет вид стержня с фигурной или прямой рабочей поверхностью.
Точечная сварка не повреждает края заготовок, так как металл нагревается фрагментарно.
Точечная сварка обходится без большого количества расходников, выполняется быстро с минимальной тратой электроэнергии. Однако точечная сварка не дает герметичного шва.

Для наплавки используется специальная группа электродов, у которых плавится стержень под влиянием сварочной дуги. При этом компоненты электрода должны соответствовать металлу, из которого состоит наплавляемая деталь, чтобы предупредить внутреннее напряжение материла.
Наплавка используется в случае реконструкции детали после износа до первоначальных размеров. Второе назначение наплавки — изменить геометрию изделия и усилить некоторые свойства за счет нового слоя (например, улучшить износостойкость детали или антикоррозийное свойство).
Для наплавки очень важен подбор электродов и дальнейшее выполнение технологии процесса.

Приведем примеры распространенных наплавочных электродов.

Маркировка электродов	Назначение
ОЗН-400М, ОЗН-300М	Используется для придания прочности металлообрабатывающему инвентарю.
ЦН-6Л, ЦН-12М, УОНИ 13	Используется для наплавки нержавеющих изделий.
AHП-13, Т-590, ОЗН-6, Т-620	Используется для работы с низколегированными сталями.

Плавящиеся электроды, в соответствии со своим названием, плавятся, затем наполняют расплавом, так называемую, сварочную ванну и образуют шов, соединяющий две заготовки. С помощью электродов данного вида соединяются элементы металлических изделий.
Во время сварки покрытие\обмазка электрода вступает в химическую реакцию и создает газовое облако, тем самым защищая сварочную ванну от попадания случайных примесей.
На качество сварного соединения влияет подбор электрода под свариваемую деталь: металл заготовки и металл сердечника электрода должны быть максимально приближены друг к другу по составу.

Неплавящиеся электроды представляют собой стержни овальной формы. Материал, из которого они изготовлены, вариативен: вольфрам, уголь, графит.
Как уже понятно из названия, материал электрода не плавится. Сцепление металлических элементов и образование сварочного шва происходит по принципу присадочной проволоки.
Неплавящиеся электроды поддерживают устойчивую дугу в течение сварки, независимо от вида тока и полярности.
Неплавящиеся электроды используются не только для сварки, но и для резки металла.

Электроды для углеродистой стали должны обладать определенными свойствами, чтобы исключить перегрев и разбрызгивание металла во время сварки и избежать кристаллизации шва, а также риска его растрескивания.
К этой же категории примыкают электроды для низколегированных марок стали.
Стержни электродов данной группы содержат углерод, кремний, серу, марганец, а обмазка может быть рутиловой, основной и смешанной.
В качестве примеров можно назвать следующие электроды: АНО-4, АНО-6, УОНИ 13/45, УОНИ 13/55, МР-3, МР-3С, ОЗС-6.

Электроды для нержавеющей стали учитывают главную особенность нержавейки — плохую свариваемость. Кроме специальных электродов с обмазкой особого типа, для сварки нержавеющих деталей нужно спец.оборудование и подобранный режим сварки.
Для нержавеющей стали можно использовать постоянный (DC) и переменный (АС) ток.

Сварка DC			Сварка АС
Марка	Состав	Назначение	Марка	Описание	Назначение
ЦЛ-11	хром, никель, молибден	Изделия после сварки будут использоваться при t 450°С, в агрессивной среде	ЛЭЗ-8	Электроды комбинированные рутиловые	Для работ с хромоникелевой сталью
НЖ-13	марганец, никель, кремний, молибден, хром	Для работ с высоколегированной сталью. Изделие после сварки может использоваться при повышенной температуре.	ОЗЛ-14	Рутиловый	Для работ с нержавеющей сталью. Шов без специальных требований.
НИИ-48Г	хром 21%, никель 11%, марганец 7%	Для сварки аустенитных жаростойких сталей. Изделие будет использоваться в условиях агрессивной среды.