Виды электродных покрытий
Металлические электроды, предназначенные для дуговой сварки сталей различных марок, имеют специальные покрытия. Покрытия защищают расплавленные капли электродного металла и сварочной ванны от воздействия кислорода и азота воздуха, повышают стабильность горения дуги, в ряде случаев обеспечивают раскисление металла ванны, а иногда и легирование металла шва необходимыми элементами для сообщения ему специальных свойств.
Кислое покрытие
Кислое покрытие состоит из большого количества оксидов железа, марганца и различных силикатов с высоким содержанием SiO2, обладает высоким окислительным потенциалом. В покрытии может присутствовать также ильменит или титановый концентрат. Раскислителем обычно является ферромарганец. Для газовой защиты вводят электродную целлюлозу.
Сварка электродами с этим покрытием возможна на постоянном и переменном токе во всех положениях. В сварочной ванне происходит активное раскисление железа, она кипит, что способствует дегазации металла. Допускается сварка при небольшой окалине и ржавчине, однако при этом происходит повышенное разбрызгивание, и вследствие применения ферромарганца выделяется, значительное количество токсичных марганцевых соединений, что ограничивает применение таких покрытий. Кроме того, металл шва склонен к образованию кристаллизационных трещин.
При плавлении кислых покрытий (А) большая часть введенных в них ферросплавов окисляется рудами; легирование металла кремнием и марганцем идет по схеме кремниево-марганцево-восстановительного процесса; оно не позволяет легировать металл элементами с большим сродством к кислороду. Образующиеся шлаки, обычно кислые, не содержат СаО и не очищают металл от фосфора. В наплавленном металле много растворенного кислорода и неметаллических включений.
Шлак при плавлении электрода содержит большое количество оксидов железа. Окисление металла при высокой температуре осуществляется за счет атмосферы дуги и кислорода, переходящего из шлака.
В результате швы обладают пониженной стойкостью против горячих трещин, ударная вязкость металла шва обычно не превышает 12 кгс-м/см2. В связи с высоким содержанием в покрытии ферромарганца и окислов железа они более токсичны, так как аэрозоли в зоне сварки и зоне дыхания сварщика содержат Большое количество вредных соединений марганца.
Основное покрытие
Основное покрытие состоит из карбонатов щелочно-земельных металлов: мрамора, плавикового шпата, кварца и рутила. Раскислителями являются ферротитан, ферросилиций, ферромарганец, ферроалюминий. В качестве связующего применяют натриевое, натриево-калиевое или калиево-натриевое жидкое стекло.
При расплавлении это покрытие кроме шлака выделяет большое количество защитного углекислого газа, образующегося вследствие диссоциации карбонатов. Сварка электродами с основным покрытием возможна постоянным током с обратной полярностью и во всех положениях. Для сварки переменным током в покрытие добавляют более активные стабилизаторы - калиевое жидкое стекло, поташ и др. Металл, наплавленный электродами с основным покрытием, обладает высокими механическими показателями, особенно ударной вязкостью при положительных и низких температурах; несклонен к образованию кристаллизационных трещин и старению; содержит минимальное количество кислорода и азота.
Эти электроды применяют для сварки наиболее ответственных деталей и конструкций. Следует иметь в виду, что сварка электродами с основным покрытием должна вестись короткой дугой и при хорошей очистке свариваемых кромок от ржавчины, окалины, жира и влаги во избежание образования пористости в швах.
Эти покрытия слабо окислительные, поэтому позволяют легировать металл шва элементами с большим сродством к кислороду. Наличие большого количества соединений кальция, хорошо связывающих серу и фосфор и выводящих их в шлак, обеспечивает высокую чистоту наплавленного металла, его повышенные пластические свойства, а легирование марганцем и кремнием обеспечивает высокую прочность. Швы, выполненные такими электродами, обладают высокой стойкостью против образования горячих трещин и наиболее высокой (по сравнению с любыми другими покрытиями) ударной вязкостью, которая составляет не менее 13 кгс-м/см2 и может достигать 25 кгс-м/см2.
При использовании этих электродов металл шва склонен к образованию пор при загрязнении кромок маслом и ржавчиной, а также при увеличении толщины покрытия и длины дуги. На базе покрытий основного типа (Б) обычно составляют композиции покрытий электродов для сварки ответственных конструкций из низколегированных и углеродистых ста лей, среднелегированных сталей и всех электродов для сварки высоколегированных сталей.
Сварочные электроды с основным покрытием не лишены недостатков, к которым относят невысокую технологичность, особенно в условиях поточного производства; чувствительность к порообразованию при сварке, требующую особой тщательности при их хранении, транспортировке, подготовке к использованию, выполнения предписаний по чистоте и влажности свариваемых кромок; сложность при сварке на переменном токе.
Целлюлозное покрытие
Целлюлозное покрытие электродов содержит значительное количество электродной целлюлозы, доходящее до 40-45%, а также аналогичные ей органические вещества, а также рутил и ферросплавы. В качестве шлакообразующих используют рутил, тальк, марганцевую руду, гематит. Для раскисления металла применяют ферромарганец, связующим служит натриевое или натриево-калиевое жидкое стекло. Высокое содержание целлюлозы в покрытии электродов обеспечивает газовую защиту наплавляемого металла даже при малом значении коэффициента массы покрытия, не превышающего 20-25%.
Это покрытие при расплавлении выделяет главным образом много защитного газа и небольшое количество шлака для процесса раскисления. Электроды с этим покрытием пригодны для сварки во всех положениях на постоянном и переменном токе и употребляются в основном для сварки первого слоя стыков труб.
Особенностью сварочных электродов является возможность выполнения сварки во всех пространственных положениях с высокой скоростью и обеспечение проплавления основного металла с формированием с обратной стороны шва плавного валика. Электроды с целлюлозным покрытием нашли широкое применение для сварки корневых швов стыков магистральных трубопроводов. К недостаткам относят грубочешуйчатую поверхность швов, склонность к подрезам по свариваемым кромкам, повышенные потери на разбрызгивание, высокое содержание водорода в металле шва.
Рутиловое покрытие
Рутиловое покрытие (Р) содержит 50% рутилового концентрата, в котором 50% ТЮ2, карбонаты кальция - мрамор, тальк, мусковит, магнезит, ферросплавы, целлюлозу. Газовая защита обеспечивается за счет диссоциации материалов и органической составляющей. Раскисление и легирование - ферросплавами.
Помимо окисления жидкого металла кислородом окисление происходит в результате кремниево-восстановительного процесса. Восстановление кремния протекает при высоких температурах за счет марганца, находящегося в покрытии, а также за счет восстановления его железом. Оксиды железа частично переходят в шлак, частично растворяются в жидком металле.
При высоких температурах перешедший из покрытия марганец и восстановленный кремний не вступают в реакцию с кислородом, растворенным в жидком металле; возможна лишь реакция окисления углерода. По мере понижения температуры такие реакции начинаются. При высокой концентрации восстановленного кремния и пониженном содержании марганца в швах будут находиться, главным образом, мелкодисперсные включения оксидов кремния.
В связи с пониженным содержанием кислорода в наплавленном металле и меньшим количеством оксидных включений электроды с рутиловым покрытием обеспечивают более высокие характеристики сварных швов по сравнению с электродами с кислым покрытием.
Электроды с рутиловым покрытием обладают высокими сварочно-технологическими свойствами. Они позволяют легко выполнять сварку не только на постоянном, но и на переменном токе, во всех пространственных положениях, обеспечивают хорошее формирование сварных швов, легкое отделение шлака. Важной характеристикой является их низкая токсичность при сварке.
Особенности рутиловых электродов сделали их незаменимыми для сварки ответственных конструкций из углеродистых и низколегированных конструкционных сталей прочностью до 490 МПа. Рутиловые покрытия используют и в высоколегированных электродах.
На базе электродов с рутиловым покрытием разработаны высокопроизводительные электроды. Для этой цели в покрытие вводят железный порошок, который, являясь присадочным материалом, повышает коэффициент наплавки электродов.
Источники: http://weldingsite.com.ua, http://www.spetselectrode-spb.ru.