Современные технологические процессы изготовления продукции машиностроения в большинстве случаев сопровождаются использованием различных способов сварки. Совершенствование их или применение новых способов соединений только частично решает проблему повышения качества изготовляемых конструкций, так как даже при хорошо отработанной технологии сварки возможны различного рода дефекты, приводящие к снижению надежности и долговечности изделий. В связи с этим важное значение для повышения качества изготовляемых конструкций приобретают методы неразрушающего контроля.

В настоящее время широко применяют порошковую сварочную проволоку, состоящую из металлической оболочки, заполненной порошкообразными веществами (легирующими, раскисляющими и др.). Для электрошлаковой сварки и наплавки наряду с проволочными применяют пластинчатые электроды и металлические ленты.

В качестве металлических присадочных материалов в основном применяют сварочную проволоку (стальную или из цветных металлов и сплавов). ГОСТ 2246-70 распространяется на сварочную проволоку из низкоуглеродистой, легированной и высоколегированной сталей и регламентирует ее химический состав и размеры, так как механические свойства металла шва зависят от доли основного металла в нем, марки флюса, режима сварки и других факторов. Стальная сварочная проволока выпускается следующих диаметров: 0,3; 0,5; 0,8; 1,0; 1,2; 1,4; 1,6; 2,0; 2,5; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0; 8,0; 10,0; 12,0 мм. Проволоки диаметром 1,6-8 мм применяют для сварки и изготовления электродов, остальные – только для сварки или наплавки. В обозначении марки проволоки указывают ее назначение Св (сварочная) и примерное содержание элементов по общепринятой символике: Б - ниобий, В - вольфрам, Г - марганец, Д - медь, М - молибден, Н - никель, С - кремний, Т - титан, Ф - ванадий, X - хром, Ц - цирконий, Ю - алюминий. Средний процент содержания углерода указывают без буквенного обозначения цифрой в сотых долях процента после символа Св. При содержании других элементов менее 2% цифру не ставят. Например, обозначение марки Св-08Г2С расшифровывается так: Св - сварочная, 08 – содержание углерода 0,08%, марганца до 2%, кремния до 1%. Более точное содержание элементов указано в стандарте.

Порошковая проволока, сохраняя технологические преимущества сварочной проволоки, создает при сварке газовую и шлаковую защиту металла сварочной ванны от окисления, насыщает металл шва легирующими элементами и очищает его от вредных примесей. Порошковая проволока - универсальный сварочный материал, пригодный для сварки сталей практически любой степени легирования, наплавки слоев с особыми свойствами. Наиболее широко порошковую проволоку применяют для сварки (низкоуглеродистых и низколегированных сталей) и наплавки, что обусловлено возможностью изменения в широких пределах химического состава и массы наполнителя (порошкообразной шихты).

Неплавящиеся электроды. Угольные, графитовые, вольфрамовые, циркониевые, гафниевые электроды предназначены для поддержания устойчивого горения дуги. Эти электроды должны обладать высокой стойкостью к воздействию высоких температур, т. е. выгорать в этих условиях минимально. Уменьшить разогрев электродов можно за счет увеличения их сечения. По этой причине угольные и графитовые электроды обычно имеют большие диаметры (6-20 мм). Вольфрамовые электроды разогреваются незначительно даже при сравнительно малых диаметрах (1 - 6 мм), что обусловлено небольшим электрическим сопротивлением вольфрама. Однако их необходимо защищать при сварке инертными газами от окисления. Циркониевые и гафниевые электроды используют в плазмотронах при тепловой резке металлов.

Плавящиеся покрытые электроды. Для ручной дуговой сварки применяют электроды, представляющие собой стержни длиной до 450 мм, изготовленные из сварочной проволоки (ГОСТ 2246-70), на поверхность которых нанесено покрытие различной толщины. При этом концы электродов должны быть зачищены как контактные: один на длине 20-30 мм для зажатия его в электрододержателе, другой для возбуждения дуги в начале сварки.

Покрытие, предназначенное для повышения устойчивости горения дуги, образования комбинированной газошлаковой защиты, легирования и рафинирования металла, содержит различные материалы:

5. Связующие - водные растворы силикатов натрия и калия, называемые натриевым, калиевым и натриево-калиевым жидким стеклом.

Для повышения производительности сварки, увеличения количества дополнительного металла, вводимого в шов, в покрытии может содержаться железный порошок до 60% массы покрытия. Многие материалы, входящие в состав покрытия, одновременно выполняют несколько функций, обеспечивая и газовую, и шлаковую защиту.

Покрытия электродов должны обеспечивать стабильное горение дуги; получение металла шва с необходимыми физико-механическими составами, равномерное плавление электродного стержня и покрытия; хорошее формирование шва и возможно минимальное образование внутренних дефектов; легкую отделяемость шлака с поверхности шва после остывания; необходимые санитарно-гигиенические условия труда при изготовлении электродов и сварке.

Покрытые металлические электроды, предназначенные для ручной дуговой сварки стали и наплавки (ГОСТ 9466-75), классифицируют по различным признакам. В зависимости от назначения различают электроды для сварки углеродистых и низколегированных конструкционных сталей с s в < 600 МПа -У (условное обозначение); для сварки легированных конструкционных сталей с s в > 600 МПа -Л; для сварки теплоустойчивых сталей - Т; для сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами - В; для наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами - Н.

По толщине покрытия в зависимости от отношения полного диаметра электрода D к диаметру стержня d различают электроды с тонким покрытием (D/d < 1,2) - М (условное обозначение); со средним покрытием (1,2 < D/d < 1,45} - С; с толстым покрытием (1,45 < D/d < 1,8) - Д; с особо толстым покрытием (D/d 1 > 1,8) - Г.

В зависимости от требований к качеству электродов в части точности изготовления, состояния поверхности покрытия, содержания серы и фосфора в наплавленном металле электроды подразделяют на три группы (1, 2, 3).

По видам покрытий на электроды с кислым покрытием - А (условное обозначение); с основным покрытием - Б; с целлюлозным покрытием - Ц; с рутиловым покрытием - Р; с покрытием смешанного вида - соответствующее двойное условное обозначение; с прочими видами покрытий - П. Если покрытие содержит железный порошок более 20%, к условному обозначению вида покрытия добавляют букву Ж.

По допустимым пространственным положениям сварки или наплавки различают электроды для всех положений - 1 (условное обозначение), для всех положений, кроме вертикального сверху вниз,-2; для нижнего, горизонтального на вертикальной плоскости и вертикального снизу вверх - 3; для нижнего и нижнего в лодочку - 4.

По роду и полярности применяемого тока, а также по номинальному напряжению холостого хода, источника переменного тока частотой тока 50 Гц электроды подразделяют на десять видов (0...9).

Сварочные флюсы. Это специально приготовленные измельченные материалы сложного состава с размерами отдельных зерен 0,25-4 мм (в зависимости от марки флюса). По способу изготовления флюсы разделяют на неплавленые (керамические) и плавленые.

Керамические флюсы получают спеканием отдельных компонентов и последующим дроблением до частиц определенного размера. Кроме того, эти флюсы могут представлять собой механическую смесь отдельных компонентов. Легирование металла такими флюсами достигается введением в них необходимых ферросплавов. Флюсы при изготовлении не подвергают расплавлению, поэтому количество и сочетание ферросплавов и других легирующих элементов может быть различным, что позволяет легко получить требуемый состав металла шва. В этом заключается основное достоинство этих флюсов. Однако при использовании таких флюсов химический Состав металла шва сильно зависит от режима сварки, что может привести к неоднородности состава металла шва даже по длине. Кроме того, эти флюсы легко разрушаются вследствие малой механической прочности его частиц, что делает его разнородным по размерам. Эти флюсы используют в основном при сварке высоколегированных специальных сталей и наплавке ответственных изделий.

Плавленые флюсы представляют собой сплавы окислов и солей металлов. Предварительно измельченные и взвешенные в определенном соотношении компоненты смешивают и расплавляют в печи при температуре около 1400°С. Жидкий флюс заливают либо в металлические формы и после остывания подвергают дроблению (сухой способ грануляции), либо выливают тонкой струей в бак с водой, где он быстро застывает и растрескивается на мелкие крупинки (мокрый способ грануляции).

Принципиальное отличие плавленого флюса от керамического состоит в том, что плавленый флюс не содержит легирующих элементов в чистом виде. Легирование шва плавлеными флюсами происходит восстановлением элементов из окислов, находящихся во флюсе.

По химическому составу различают окислительные и безокислительные флюсы. В состав окислительного флюса обязательно входят окислы марганца и кремния примерно в равных весовых отношениях, составляющих 75-85% всей массы флюса. Чем больше содержится во флюсе окислов марганца и кремния, тем сильнее флюс может легировать металл кремнием и марганцем, но и одновременно тем сильнее окисляется металл шва. Чем сложнее легирована сталь, тем меньше во флюсе должно быть MnO и SiO₂, в противном случае недопустимо возрастает окисление легирующих элементов в стали. Поэтому окислительные флюсы в основном применяют при сварке углеродистых и низколегированных сталей, наиболее широко - флюсы марок АН-348-А; ОСЦ-45, АН-8, АН-26.

Безокислительные флюсы практически не содержат оксидов кремния или марганца или содержат их в небольшом количестве. В них входят фториды кальция и прочные оксиды металлов (алюминия и магния). Такие флюсы (АН-30, АН-70, АНФ-8 и др.) используют преимущественно при сварке высоколегированных сталей.

Безкислородные флюсы целиком состоят из фторидных и хлоридных солей металлов, также из других компонентов, не содержащих кислород. Среди безкислородных флюсов наиболее известны: флюс АНФ-5, используемый при сварке коррозионностойких сталей, АН-А1 - алюминия, АН-Т1 - титана.

Защитные газы. Их делят на две группы: химически инертные и активные. Газы первой группы с нагретым и расплавленным металлом не взаимодействуют и практически в нем не растворяются. При использовании этих газов дуговую сварку можно выполнять плавящимся или неплавящимся электродом. Газы второй группы защищают зону сварки от воздуха, но сами либо растворяются в жидком металле, либо вступают с ним в химическое взаимодействие. К химическим инертным газам относят аргон и гелий. Аргон выпускают трех сортов: высший, первый и второй. Высший, содержащий 99,99% аргона, применяют для сварки неплавящимся электродом химически активных металлов (титана, циркония и ниобия); аргон первого сорта (99,98%) - для сварки неплавящимся электродом сплавов алюминия, магния и других активных металлов, аргон второго сорта (99,95%) -для сварки неплавящимся электродом коррозионностойких сталей.

Гелий высокой чистоты (99,98%) применяют в качестве защитного газа при сварке цветных металлов и сплавов, а также титана и нержавеющих сталей. Гелий в 10 раз легче аргона, что усложняет защиту сварочной ванны и приводит к повышенному расходу его. Стоимость гелия в несколько раз больше стоимости аргона, поэтому его применяют ограниченно. Однако при использовании гелия достигается большее выделение теплоты, чем при аргоновой защите, что обеспечивает более глубокое проплавление металла.

К активным защитным газам относят углекислый газ, азот, водород, пары воды и т. п. Наиболее широко применяют углекислый газ при сварке плавящимся или неплавящимся (угольным или графитовым) электродом.