Классификация электродов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. История электродов

1.1 Классификация электродов

1.2 Свойства электродов

2. Покрытия электродов

2.1 Электроды с рудно-кислым покрытием

2.2 Электроды с фтористо-кальциевым покрытием

2.3 Электроды с рутиловым покрытием

2.4 Электроды с органическим покрытием

2.5 Электроды со специальными покрытиями

Заключение

Литература



1. История электродов

Самым распространенным способом изготовления сварных конструкций, несмотря на развитие технологий, является дуговая сварка металлическими электродами с покрытием. Основным материалом для изготовления электродов служит проволока сварочная.

Вперые в 1911 г. патент на покрытия для электродов был получен О.Кельбергом, а в 1928 г. на рынке мира появились электроды с толстыми покрытиями.

Первыми отечественными покрытыми электродами стали электроды марки ЛИМ, получившими свое название благодаря Ленинградскому институту металлов, где они и были разработаны Н. Никитиных и А. Горячевым в 1933 г. Эти электроды применялись для сварки малоуглеродистых сталей, а из-за отсутствия в их покрытии ферросплавов не обеспечивали необходимого раскисления и легирования металла шва, поэтому сварные соединения не обеспечивали механических свойств, равноценных основному металлу.

В 1934 г. М.Кожевниковым были разработаны электроды марки ВЭТ-26 (Всесоюзный электротехнический трест), в состав их покрытия впервые был введен ферромарганец, что значительно улучшило механические свойства металла шва и сварных соединений.

Первые фундаментальные исследования металлургических процессов сварки, в которых было научно обосновано влияние различных компонентов покрытий на состав и свойства наплавленного металла, были проведены А.Ерохиным и М.Куликовым в период 1935-1937 гг. На основе этих исследований была разработана серия электродов с рудно-кислыми и ильменитовыми покрытиями (Сварочная контора Оргаметалла). Эти покрытия содержали, кроме шлакообразующих, раскисляющих и легирующих компонентов, также газозащитные органические компоненты. Кстати, этот принцип используется до сих пор.

Параллельно этим исследованиям на Ленинградском Кировском заводе А. Шашковым, С. Звегинцевым и Т.Дубовой были разработаны новые электроды марки ТК, которыми выполнялась сварка первого в стране сварного моста имени Лейтенанта Шмидта в г. Ленинград. При изготовлении электродов были применены формирующие добавки, что позволило наносить покрытия методом окунания в один слой с обеспечением требуемой толщины, концентричности и прочности покрытий после сушки и прокалки.

Все разработанные электродные покрытия содержали значительное количество окислов железа, марганца, что способствовало активному окислению металла швов и образованию кислых шлаков. Существенным недостатком рудно-кислых электродов является склонность наплавленного металла к образованию горячих трещин при увеличении содержания в нем углерода более 15% и значительное выгорание легирующих элементов.

Решение проблемы сварки среднеуглеродистых, высокоуглеродистых и высоколегированных сталей было найдено в результате разработки электродов с покрытиями основного вила. Основой такого покрытия стала система мрамор-плавиковый шпат (фтористо-кальциевые). Первые отечественные покрытия такого вида были разработаны А. Шашковым и Т.Дубовой в 1937 г. Их применение в годы Великой Отечественной войны имело большое значение для сварки броневых сталей.

Однако наиболее выдающиеся исследования и разработка электродов с фтористо-кальциевыми покрытиями были выполнены в 1937-1938 гг. К.Петранем (электроды марок УОНИИ-13/45 - УОНИИ-13/85). Каждая марка этих электродов до настоящего времени остается основной для соответствующего типа электродов. Существенным недостатком электродов с фтористо-кальциевыми покрытиями является их пригодность для сварки только постоянным током обратной полярности из-за низкой стабильности горения дуги. Позднее К.Петрань разработал электроды с покрытиями основного вида, пригодные для сварки переменным током.

Очевидно, что эволюция сварочных материалов происходила параллельно развитию покрытий для электродов, и именно в зависимости от состава покрытия, электроды сварочные применяются присварки того или иного вида стали.

1.1 Классификация электродов

Большое разнообразие электродов, а также принципов их классификации затрудняет разработку единой общепринятой системы классификации электродов. Марки электродов стандартами не регламентируются. Подразделение электродов на марки производится по техническим условиям и паспортам. Каждому типу электродов может соответствовать одна или несколько марок, возможно - то, что электрод не относится к маркам. Все сварочные электроды можно разделить на две группы, которые в свою очередь подразделяются на подгруппы.

Классификация покрытых металлических сварочных электродов по ГОСТ 9466-75

В соответствии с ГОСТ 9466-75 электроды, покрытые металлические для ручной дуговой сварки сталей и наплавки классифицируются по назначению, механическим свойствам и химическому составу наплавленного металла (типам), видам и толщине покрытий, а также некоторым сварочно-технологическим характеристикам.

Виды электродов по назначению:

для сварки углеродистых и низколегированных конструкционных сталей с временным сопротивлением разрыву до 60 кгс/ммІ (600 МПа). Обозначаются буквой У (ГОСТ 9467-75);

для сварки легированных конструкционных сталей с временным сопротивлением разрыву свыше 60 кгс/ммІ (600 МПа). Обозначаются буквой Л (ГОСТ 9467-75);

для сварки легированных теплоустойчивых сталей. Обозначаются буквой T (ГОСТ 9467-75);

для сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами. Обозначаются буквой В (ГОСТ 10052-75);

для наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами. Обозначаются буквой H (ГОСТ 10051-75).

Вышеуказанными стандартами предусмотрено разделение электродов на типы, в соответствии с механическими свойствами и химическим составом наплавленного металла. Цифры, обозначающие каждый тип электрода -- Э42, Э42А, Э50 и т. д., характеризуют гарантированное минимальное временное сопротивление разрыву в кгс/ммІ, а буква А -- повышенные пластические свойства, вязкость и ограничения по химическому составу.

Виды электродов по толщине покрытия.

По толщине покрытия электроды разделяются в зависимости от отношения D/d (D -- диаметр покрытого электрода; d -- диаметр стержня):

с тонким покрытием (D/d < 1,2). Обозначаются буквой М;

со средним покрытием (D/d < 1,45). Обозначаются буквой С;

с толстым покрытием (D/d < 1,8). Обозначаются буквой Д;

с особо толстым покрытием (D/d > 1,8). Обозначаются буквой Г.

ГОСТ 9466 -- 75 предусматривает также три группы электродов -- 1, 2, 3, характеризующиеся требованиями к качеству (точности) изготовления электродов, состоянием поверхности покрытия, а также содержанием серы и фосфора в наплавленном металле.

Виды электродов по типу покрытия:

с кислым покрытием (А);

с основным покрытием (Б);

с целлюлозным покрытием (Ц);

с рутиловым покрытием (Р);

с покрытием смешанного вида (с двойным буквенным обозначением);

с прочими видами покрытий (П).

Кислое покрытие (обозначается по ГОСТ 9466-75 буквой «А») создается на основе материалов рудного происхождения. В качестве шлакообразующих компонентов используются оксиды, газообразующих - органические составляющие. При плавлении покрытия в расплавленном металле и в зоне горения дуги выделяется большое количество кислорода. Поэтому в покрытие добавляют много раскислителей - марганца и кремния.

Преимущества кислого покрытия электродов:

низкая склонность к образованию пор при удлинении дуги и при сварке металла с окалиной и ржавыми кромками;

высокая производительность сварки за счет выделения теплоты при окислительных реакциях;

стабильное горение дуги при сварке на постоянном и переменном токе.

К недостаткам этого покрытия относятся пониженные пластичность и ударная вязкость металла шва, что связано с невозможностью легирования шва из-за окисления легирующих добавок. Ввиду отсутствия в покрытии кальция в металле шва присутствуют сера и фосфор, повышающие вероятность образования кристаллизационных трещин. Одним из главных недостатков данного покрытия является выделение большого количества вредных примесей вследствие повышенного содержания в аэрозолях соединений марганца и кремния. Поэтому сварочные электроды с кислым покрытием используются в последнее время редко. Область применения электродов с кислым покрытием - сварка неответственных конструкций из низкоуглеродистых сталей. Основное покрытие (обозначается по ГОСТ 9466-75 буквой «Б») создается на основе фтористых соединений (плавиковый шпат CaF2), а также карбонатов кальция и магния (мрамор CaCO3, магнезит MgCO3 и доломит CaMg (CO3)2). Газовая защита осуществляется за счет углекислого газа, который выделяется при разложении карбонатов:

CaCO3 >CaO + CO2

С помощью кальция металл шва хорошо очищается от серы и фосфора. Фтор вводится в ограниченных количествах (чтобы сохранить стабильность горения дуги) и связывает водород и пары воды в термические стойкие соединения:

CaF2 + H2O >CaO + 2HF

2CaF2 + 3SiO2 > 2CaSiO3 + SiF4

SiF4 + 3H >SiF + 3HF

Из-за низкого содержания водорода в металле шва сварочные электроды с основным покрытием также называют «низководородными».

Преимущества основного покрытия электродов:

низкая вероятность образования кристаллизационных трещин, высокая пластичность и ударная вязкость металла шва, обусловленные малым содержанием в наплавленном металле кислорода и водорода, а также его хорошим рафинированием;

высокая стойкость против хладноломкости - появлению или возрастанию хрупкости с понижением температуры;

широкие возможности легирования ввиду низкой окислительной способности покрытий;

меньшая токсичность по сравнению с кислыми покрытиями;

повышенный коэффициент наплавки при введении железного порошка.

Недостатки основного покрытия:

склонность к образованию пор при увеличении длины дуги, повышении влажности покрытия, наличии ржавчины и окалины на свариваемых кромках, что требует более высокой квалификации сварщика, а также необходимости в предварительной очистке кромок и прокалке электродов перед сваркой;

более низкая устойчивость горения дуги из-за фтора, имеющего высокий потенциал ионизации, в связи с чем сварку электродами с основным покрытием обычно выполняют короткой дугой на постоянном токе обратной полярности.

Область применения электродов с основным покрытием:

сварка ответственных конструкций из углеродистых сталей, работающих при знакопеременных нагрузках или отрицательных температурах до -70°C;

сварка конструкционных, жаропрочных, коррозионно-стойких, окалиностойких, а также других специальных сталей и сплавов;

сварка легированных сталей.

В связи с присутствием в аэрозолях фтористых соединений при сварке в закрытом помещении необходимо обеспечение качественной вентиляции воздуха, а сварщикам рекомендуется работать со средствами индивидуальной защиты дыхательных органов или с подачей чистого воздуха в зону дыхания.

сварочные электроды ESAB OK 48.00 и УОНИ 13/55

Рутиловое покрытие (обозначается по ГОСТ 9466-75 буквой «Р») создается на базе рутилового концентрата TiO2, обеспечивающего шлаковую защиту, а также алюмосиликатов (полевой шпат, слюда, каолин) и карбонатов (мрамор, магнезит). Газовую защиту обеспечивают карбонаты и органические соединения (целлюлоза). В качестве легирующего компонента и раскислителя используется ферромарганец, в некоторые покрытия вводится железный порошок (обозначаются по ГОСТ 9466-75 буквами «РЖ»). С помощью кальция, присутствующего в карбонате CaCO3, из металла шва удаляются сера и фосфор.

Преимущества сварочных электродов с рутиловым покрытием:

более высокий коэффициент наплавки при введении железного порошка;

низкая токсичность;

по сравнению с электродами с основным покрытием - стабильность горения дуги при сварке на постоянном и переменном токе, более высокая стойкость против образования пор, лучшее формирование шва с плавным переходом к основному металлу, меньшая чувствительность к увеличению длины дуги, меньше коэффициент разбрызгивания металла, более удобная сварка в вертикальном и потолочном положениях (при отсутствии в них железного порошка или его содержании менее 20%).

Недостатки электродов с рутиловым покрытием:

пониженные пластичноcть и ударная вязкость металла шва из-за включений SiO2;

не используются для сварки конструкций, работающих при высоких температурах;

по сравнению с электродами с основным покрытием - меньшее сопротивление наплавленного металла сероводородному растрескиванию, приводящего к разрушению сварных трубопроводов в месторождениях с сероводородными соединениями; ниже стойкость против кристаллизационных трещин; сильнее окисляют легирующие элементы и железо и поэтому не используются для сварки средне- и высоколегированных сталей; повышенное содержание фосфора в наплавленном металле и склонность к хладноломкости.

Область применения сварочных электродов с рутиловым покрытием:

сварка и наплавка ответственных конструкций из низкоуглеродистых и некоторых типов низколегированных сталей, за исключением конструкций, работающих при высоких температурах;

в ряде случаев для сварки среднеуглеродистых сталей, если в покрытии содержится большое количество железного порошка.

Целлюлозное покрытие (обозначается по ГОСТ 9466-75 буквой «Ц») создается на основе органических соединений (до 50%) - целлюлозы, муки, крахмала, обеспечивающих газовую защиту. Для шлаковой защиты в небольшом количестве применяются рутиловый концентрат, мрамор, карбонаты, алюмосиликаты и другие вещества. На сварном шве образуется тонкий слой шлака. Легирование наплавленного металла выполняется легирующими добавками стержня, а также за счет добавления в покрытие ферросплавов и металлических порошков. В качестве раскислителей используют ферросплавы марганца. Металл шва по химическому составу соответствует полуспокойной или спокойной стали.

Преимущества сварочных электродов с целлюлозным покрытием:

качественный провар корня шва;

возможность сварки в труднодоступных местах в связи с малой толщиной покрытия;

сварка во всех пространственных положениях.

Недостатки целлюлозного покрытия:

повышенное разбрызгивание (до 15%) из-за небольшого количества шлакообразующих компонентов и высокого поверхностного натяжения расплавленного металла;

повышенное количество водорода в металле шва.

Область применения электродов с целлюлозным покрытием - сварка первого (труднодоступного) слоя неповоротных стыков трубопроводов.

Также используются и смешанные покрытия: кислорутиловое (обозначается по ГОСТ 9466-75 буквами «АР»), рутилово-основное (обозначается по ГОСТ 9466-75 буквами «РБ»), рутилово-целлюлозное (обозначается по ГОСТ 9466-75 буквами «РЦ»), а также прочие (обозначаются по ГОСТ 9466-75 буквой «П»).

Таблица соответствия маркировок электродов по типу покрытия:

Виды электродов по допустимым пространственным положениям сварки или наплавки:

для сварки во всех положениях с условным обозначением 1;

для сварки во всех положениях, кроме вертикального сверху вниз, -- 2;

для положений нижнего, горизонтального на вертикальной плоскости и вертикального снизу вверх -- 3;

для нижнего и нижнего в лодочку -- 4.

1.2 Свойства электродов

Электродные покрытия состоят из шлакообразующих, газообразующих, раскисляющих, легирующих, стабилизирующих и связующих (клеящих) компонентов.

Шлакообразующие составляющие защищают расплавленный металл от воздействия кислорода и азота воздуха и частично рафинируют (очищают) его. Они образуют шлаковые оболочки вокруг капель электродного металла, проходящих через дуговой промежуток, и шлаковый покров на поверхности металла шва. Шлакообразующие составляющие уменьшают скорость охлаждения металла и способствуют выделению из него неметаллических включений. Шлакообразующие составляющие могут включать в себя титановый концентрат, марганцевую руду, полевой шпат, каолин, мел, мрамор, кварцевый песок, доломит, а также вещества, повышающие стабильность горения дуги. сталь электрод среднеуглеродистый

Газообразующие составляющие при сгорании создают газовую защиту, которая предохраняет расплавленный металл от кислорода и азота воздуха. Газообразующие составляющие состоят из древесной муки, хлопчатобумажной пряжи, крахмала, пищевой муки, декстрина и целлюлозы.

Раскисляющие составляющие необходимы для раскисления расплавленного металла сварочной ванны. К ним относятся элементы, которые обладают большим сродством к кислороду, чем железо, например марганец, кремний, титан, алюминий и др. Большинство раскислителей вводится в электродное покрытие в виде ферросплавов.

Легирующие составляющие необходимы в составе покрытия для придания металлу шва специальных свойств: жаростойкости, износостойкости, сопротивляемости коррозии, и повышения механических свойств. Легирующими элементами служат марганец, хром, титан, ванадий, молибден, никель, вольфрам и некоторые другие элементы.

Стабилизирующими составляющими являются те элементы, которые имеют небольшой потенциал ионизации, например калий, натрий и кальций.

Связующие (клеящие) составляющие применяют для связывания составляющих покрытия между собой и со стержнем электрода. В качестве них применяют калиевое или натриевое жидкое стекло, декстрин, желатин и др. Основным связующим веществом служит жидкое стекло.

Все покрытия должны удовлетворять следующим требованиям:

обеспечивать стабильное горение дуги;

физические свойства шлаков, образующихся при плавлении электрода, должны обеспечивать нормальное формирование шва и удобное манипулирование электродом;

не должны происходить реакции между шлаками, газами и металлом, способные вызвать образование пор в сварных швах;

материалы покрытия должны хорошо измельчаться и не вступать в реакцию с жидким стеклом или между собой в замесе;

состав покрытий должен обеспечивать приемлемые санитарно-гигиенические условия труда при изготовлении электродов и в процессе их сгорания.

Электрод, состоящий из электродного стержня и покрытия, при плавлении образует расплавленный металл и шлак. Шлак должен обладать определенными физическими и химическими свойствами. К физическим свойствам шлака относят температуру плавления, температурный интервал затвердевания, теплоемкость, теплосодержание, вязкость, способность растворять окислы, сульфиды и т. д., плотность, газопроницаемость и коэффициенты линейного и объемного расширения.

К химическим свойствам относят способность шлака раскислять расплавленный металл сварочной ванны, связывать окислы в легкоплавкие соединения, а также легировать расплавленный металл сварочной ванны.

Во всех электродных покрытиях при их плавлении плотность шлака должна быть ниже плотности металла сварочной ванны, что обеспечит его всплывание из сварочной ванны. Температурный интервал затвердевания шлака должен быть ниже температуры кристаллизации металла сварочной ванны, иначе слой шлака не будет пропускать выделяющиеся из сварочной ванны газы. Шлак должен покрывать сварной шов по всей поверхности ровным слоем.

Шлаки, образующиеся при плавлении электродных покрытий, бывают «длинные» и «короткие», «Длинными» называют такие шлаки, в составе которых содержится значительное количество кремнезема. Возрастание их вязкости при понижении температуры происходит медленно. Электроды, имеющие покрытия, образующие при плавлении «длинные» шлаки, непригодны для сварки в вертикальной и потолочной плоскостях, так как сварочная ванна длительное время находится в жидком состоянии. Для сварки во всех пространственных положениях применяют электроды, покрытия которых при плавлении дают «короткие» шлаки; возрастание вязкости расплавленного шлака с понижением температуры происходит быстро, поэтому закристаллизовавшийся шлак препятствует стеканию металла шва, находящегося еще в жидком виде. «Короткие» шлаки дают электроды с рутиловым и основным покрытием.

Достаточно хорошую отделимость шлаковой корки от поверхности металла получают при применении шлаков, имеющих коэффициент линейного расширения, отличающийся от коэффициента линейного расширения металла.

Свойства металла шва и технологические характеристики электродов. Электроды характеризуют по свойствам наплавленного ими металла, к которым относятся: прочность, пластичность, удлинение, ударная вязкость, твердость, коррозионная стойкость, стойкость против старения, а при наплавочных работах и износостойкость.

Наряду с качеством металла шва, полученного при сварке данным электродом, важное значение имеют и его технологические свойства. К основным технологическим свойствам электрода относят его производительность, пригодность для сварки в различных пространственных положениях, стабильность горения дуги при постоянном и переменном токе, допустимую максимальную и минимальную длину дуги, форму шва, коэффициенты наплавки, расплавления и потерь.



2. Покрытия электродов

2.1 Электроды с рудно-кислым покрытием

Электроды, имеющие рудно-кислое покрытие, обладают уникальными свойствами. Так, в их состав входят оксиды железа и марганца, выражены в виде руды, а также присутствует кремнезем, вместе с титановым концентратом и ферромарганцем. При этом, такие электроды обеспечивают и газовую защиту, которая достигается за счет разложения органических составляющих, например, целлюлозы и крахмала. Металл, который наплавляется такими электродами, очень напоминает по составу кипящую сталь, в которой содержится около 0,12% С, около 0,10% Si, и около 0,6-0,9% Mn.

Рассматриваемые нами электроды подходят для сваривания металлических изделий в любых пространственных положениях, будь-то горизонтальное или вертикальное. Также, такие электроды пригодны для сварки в переменном или постоянном токе, и характеризуется, весьма большой скоростью расплавления. Кроме того, рекомендуется применять электроды с рудно-кислым покрытием для сваривания сталей, имеющей повышенное содержание серы и углерода. Рекомендуется это потому, что электроды чувствительны к образованию кристаллизационных трещин. При помощи таких электродов, часто рекомендуют сваривать металл, имеющий ржавые кромки или имеющий окалины, при этом, будет все равно обеспечиваться высокое качество швов. Во время сварки рудно-кислыми электродами могут образовываться поры, в результате воздействия высокого содержания марганца в таком покрытии, или же при использовании ферромарганца с большим количеством углерода или кремний. Кроме того, образование пор может происходить во время сварки металлов, с большим содержанием кремния.

Используя электроды с рудно-кислым покрытием, существует возможность получать металл шва, сопротивление которого составит свыше 42 кгс/мм2, а также с относительным удлинением не менее, чем 18%. Ударная вязкость такого металла при этом составит больше 8 кгс*м/мм2. Касательно механических свойств сварных соединений и металлов швов, электроды с рассматриваемым нами покрытием квалифицируются как тип Э42, зарегистрированных под ГОСТом 9457-60. Данные электроды имеют и недостатки, к которым может относиться низкая стойкость при образовании кристаллизационных трещин. Также, частая проблема, которая наблюдается при работе с рудно-кислотными электродами - это повышенное разбрызгивание металла, что в первую очередь не дает сварщику четко выполнить свою задачу, и как результат, будет иметь место низкое качество выполнения сварного соединения. Кроме всего прочего, при сварке такими электродами выделяется большое количество марганцевых соединений, которые отрицательно воздействуют на здоровье человека.

2.2 Электроды с фтористо-кальциевым покрытием

Электроды, имеющие фтористо-кальциевые покрытия, имеют достаточно специфический химический состав. Так, в них присутствует карбонат кальция и магния (например, мрамор или мел, доломит, а также магнезит) и плавиковый шпат. Кроме того, в состав входят и различные ферросплавы - например, ферромарганец, ферротитан или ферросилиций. Именно поэтому, такие электроды обладают уникальными техническими и физическими свойствами, которые не имеет ни один другой электрод с каким-либо другим типом покрытия.

Что ж, как правило, электроды с фтористо-кальциевыми покрытиями называют основными, или же низководородистыми. Металл, который расплавляется во время сварки, защищается при помощи углекислого газа, а также при помощи окиси углерода, которые начинают образовываться при диссоциации карбоната. Электроды, имеющие такое покрытие, применяется, преимущественно, во время сварки с постоянным током, причем обязательно обратной последовательности. При этом такая сварка может проводиться во всех без исключения пространственных положениях. Металл, который наплавляется в процессе сварки, как правило, соответствует характеристике и составу спокойной стали, и помимо того, содержит небольшое количество кислорода, а также водорода и азота. Во время сварки с использованием фтористо-кальциевых покрытий, выделяются и сера с фосфором, однако их содержание, как правило, не превышает 0,035% каждого из них. А вот содержание марганца и кремния в процессе сварки, сильно зависит от назначения применяемого электрода, но, как правило, количество этих веществ колеблется в пределах 0,5-1,5% марганца и 0,3-0,6% кремния.

Шов и металл, образующийся при сварке, получается достаточно стойким и эффективен против образования кристаллизационных трещин. Также, полученый шов не подвергается старению и имеет очень хорошие показатели ударной вязкости, причем при положительных и отрицательных температурах. Электроды с фтористо-кальциевым покрытием применяются для сварки металлов большой толщины, а также для таких изделий, которые будут подвергаться воздействию тяжелых эксплуатационных условий. Кроме того, электроды применяются для изделий, которые предназначены для транспортировки газов, для сварки литых и углеродистых сталей, а также для сваривания высокопрочной стали, которая имеет повышенные содержания серы или углерода.

Что же касается недостатков электродов с основным покрытиям, то тут их несколько. Во-первых, такие электроды чувствительны к образованию пор при сварке. Особенно, если кромки свариваемого металла имеют окалины или ржавчину, покрыты маслом или вообще, хоть как-то испорчены. С увеличением длины дуги ухудшается качество сварного соединения, поэтому для борьбы с этим, в состав соединения вводят хром или молибден.

2.3 Электроды с рутиловым покрытием

Большую часть покрытия (50 % и более) составляет шлакообразующий компонент - рутил TiO₂, кроме него вводят карбонаты СаСО₃,MgСО₃ и алюмосиликаты (каолин, полевой шпат и др.).

В качестве газообразующих применяют минеральные (СаСО₃) и органические вещества (целлюлоза). В качестве раскислителя и легирующего компонента применяют Fe-Mn , в некоторые вводят железный порошок (покрытия РЖ).

Составы рутиловых покрытий приведены в таблице



Наименование	ОЗС-4	ОЗС-12
Рутиловый концентрат TiO2	45	41
Ильменитовый концентрат FeOTiO2	-	10
Тальк 3MgO4SiO2H2O	10	-
Слюда мусковит K2O3Al2O36SiO22H2O	18	22
Мрамор CaCO3	10	12
Целлюлоза [C6(H2O)5]n	3	2
Ферромарганец Fe-Mn	14	13
Сухая шихта	100 %	100 %
Жидкое стекло Na2O nSiO2 mH2O	23 %	30 %
Сварочная проволока	Св-08-Э	Св-08-Э
Коэффициент покрытия Кп	0,4	0,4

При плавлении покрытия образуется кислый шлак (см. табл.)

К_к = (SiO₂+TiO₂)/CaO> 1 , В=0,3 < 1

Шлак рутиловых покрытий содержит большое количество SiO₂, что вызывает окисление железа и марганца

(SiO₂)+2[Fe]=2[FeO]+[Si] (SiO₂)+2[Mn]=2(MnO)+[Si]

Газовая фаза по составу занимает промежуточное положение между газовыми фазами кислых и основных покрытий (см. табл. 3)

Достоинство электродов с рутиловым покрытием:

Низкая токсичность покрытия, малое выделение вредных газов в процессе сварки, т.к. в покрытии отсутствует СаF₂и вдвое меньше Fe-Mn, чем в кислых покрытиях.

Высокая стабильность горения дуги, возможность сварки на переменном токе, т.к. в покрытии нет СаF₂ , а рутил TiO₂ и мрамор СаСО₃ повышают стабильность горения дуги.

Рутиловые покрытия обеспечивают мелкокапельный перенос металла и меньшее разбрызгивание.

При плавлении дают "короткий" шлак, что улучшает сварку в потолочном, положении. Однако при сварке в вертикальном и потолочном положениях требуется техника выполнения сварки «с отрывом».

1 - «длинный» шлак 2 - «короткий» шлак

5. Обеспечивают лучшее растекание жидкого металла и хорошее формирование шва с плавным переходом к основному металлу, что уменьшает концентрацию напряжений.

Отличаются легкой отделимостью шлаковой корки, особенно электроды АНО-3, АНО-4.

В отличие от кислых покрытий рутиловые меньше окисляют сварочную ванну, она лучше раскислена, по составу соответствует полуспокойной стали (содержание кислорода в шве 0,08-0,09 %). Механические свойства металла шва выше, чем при сварке кислыми покрытиями.

В отличие от основных покрытий рутиловые менее чувствительны к увлажнению, окалине, ржавчине, влаге, органическим загрязнениям и удлинению дуги (с точки зрения образования пор).

При введение железного порошка дают более высокий коэффициент наплавки: АНО-1 до 15 г/Ач, АНО-20 до 14,5 г/Ач, АНО-19 до 13 г/Ач.

Недостатки электродов с рутиловым покрытием:

В отличие от кислыхрутиловые покрытия содержат более дорогие, дефицитные компоненты.

В отличие от основных рутиловые покрытия сильнее окисляет железо и особенно легирующие элементы, поэтому для сварки средне- и высоколегированных сталей эти покрытия не применяют.

Кислый шлак рутиловых покрытий загрязняет шов включениями SiO₂, что снижает пластичность и ударную вязкость.

Кислый шлак не обеспечивает десульфурации, дает повышенное содержание серы в шве, пониженную стойкость против горячих трещин по сравнению с основным покрытием.

Кислый шлак не обеспечивает дефосфорацию, дает повышенное содержание фосфора в шве и склонность к хладноломкости, в отличие от основных покрытий.

Наличие в покрытии целлюлозы ограничивает температуру прокалки 200 - 240 ^оС, влага недостаточно удаляется из покрытия, в шве повышенное содержание водорода (0,2-0,3 г/см³), низкая стойкость против холодных трещин при сварке бейнитных и других сталей, чувствительных к водороду.

Электроды с рутиловым покрытием не следует применять для сварки конструкций, работающих при высоких температурах, вследствие повышенной чувствительности сварных швов к деформационному старению и низкой длительной пластичности. В условиях ползучести сварные швы, выполненные рутиловыми электродами имеют повышенную склонность к растрескиванию.

Электроды с рутиловым покрытием применяются для сварки и наплавки ответственных конструкций из низкоуглеродистых и некоторых низколегированных сталей с пределом прочности до 460 МПа. Поэтому электроды с рутиловым покрытием относятся к типу Э-46.

Для сварки ответственных судовых конструкций Морским Регистром допускаются электроды АНО-4 и ОЗС-17Н, а Речным Регистром - электроды ОЗС-4, ОЗС-12 и ОЗС-17Н.

Рутиловые электроды с большим количеством железного порошка можно использовать для сварки среднеуглеродистых сталей без опасения образования горячих трещин в швах. Электроды ОЗС-12 допускают сварку вертикальных швов сверху - вниз.

Электроды НЭ-1, НЭ-2, ОЗС-17Н, АНГ-1 применяются для сварки наклонным электродом, а не гравитационной сварки (ГОСТ 2601-84).

Схема сварки наклонным электродом: 1 - шов, 2 - сварочная дуга, 3 - электрод, 4 - обойма, 5 - штанга

2.4 Электроды с органическим покрытием

В сварочном процессе широко используются электроды с органическими покрытиями. Как правило, покрытие таких электродов состоит из горючих органических материалов. Ярким примером таких веществ является оксицеллюлоза или крахмал. Эти вещества во время сварки образовывают хорошее разложение в дуге, а также обеспечивают высокую степень газовой защиты расплавляемого металла.

В свою очередь, шлакообразующими веществами в таких электродах, выступают такие вещества, как рутил и титановый концентрат, а также это может быть марганцевая руда и силикаты. В качестве же раскислителя, чаще всего используется ферромарганец. Такой тип электродов обеспечивает низкое разбрызгивание металла, что положительно сказывается на сварочном процессе, а также небольшое количество выделяемого шлака, который кроме всего прочего, после сварки, без труда удаляется. Пригодны такие электроды для сварки в любом пространственном положении, причем сварка может проводиться как под воздействием переменного, так и под воздействием постоянного тока. Органическое покрытие не дает возможности перегреться металлу и сварному соединению при сушке, или же при сварке металла. Во время выполнения шва, органические вещества в составе электрода выгорают до такой степени, что это приводит к изменениям в химическом составе металла и шва по всей его поверхности. А так как в органическом покрытии присутствуют все необходимые и полезные вещества для протекания сварки, сварной шов получается весьма качественным и надежным. Как правило, металлы, которые наплавляются при помощи электродов с органическими покрытиями, по химическому составу приближены к соответствию спокойной или же полуспокойной стали. При этом, во время работы выделяется небольшое, но достаточное количество газов - примерно 0,04-0,1% кислорода, около 0,01-0,02% азота и около 0,25-0,35% водорода. Поэтому, это хорошо сказывается на выполнении сварочного соединения. Что же касается механических свойств металла, который образуется при выполнении шва, то электроды с органическим покрытием, соответствуют типу Э42 и включительно по Э50.

На практике, электроды с органическим покрытием применяются для сварки трубопровода в тяжелых монтажных условиях. Очень часто, такие электроды используются для выполнения первого шва, причем в самых труднодоступных и сложных местах, например, при выполнении поворотных или же неповоротных стыков. При этом, сварка может проходить с низкоуглеродистой или низколегированной сталью.



2.5 Электроды со специальными покрытиями

Существует определенный тип электродов со специальными покрытиями. В число таких электродов вошли покрытия, которые нельзя отнести к другим типам электродов. Например, рутилово-карбонатные покрытия электродов, или же рутилово-карбонатно-фтористые покрытия. Также, к специальным покрытиям относится ильменитовое и пластмассовые покрытия, а также электроды с рутиловым и железным порошком. Сейчас, мы подробнее рассмотрим, чем же все-таки отличаются одни и другие типы покрытий, и почему они отнеслись к специальным видам.

Итак, начнем с рутилово-карбонатных покрытий. Такие электроды имеют высокие сварочно-технологические свойства. Во время работы с данным покрытием электродов, обеспечивается очень хорошее формирование металла для шва, причем в любом существующем пространственном положении. Также, после сварки обеспечивается очень легкая отделимость шлаковой корки, а во время работы, обеспечивается надежное горение сварочной дуги, как при переменном, так и при постоянном токе, причем любой последовательности. Используя электроды с таким покрытием, получаются малые потери металла во время разбрызгивания, что также хорошо отражается при сварочной работе.

Электроды, имеющие рутилово-карбонатно-фтористое покрытие, используются при сварке жаростойкой стали, которая находиться в рабочем состоянии при температуре до 1050°С. Также, данные электроды применяются для того, чтобы обеспечить металлический шов от хрупкости. Как вы уже догадались, в состав таких покрытий, помимо рутила и карбоната, включается и фтористое соединение, которое и обеспечивает выполнение последней функции, а также полезно для жаропрочных покрытий.

Ильменитовые покрытия, прежде всего, отличаются крайне легким возбуждением дуги. Во время сварки с использованием таких электродов, выделяется гораздо меньше газов и дыма, что, собственно и придает комфорт во время работы. Именно этими свойствами и отличаются электроды с таким покрытием, от всех остальных.

Электроды, покрытия которых состоят из рутилового компонента с железным порошком, используются в определенных случаях. Например, для тех случаев, когда необходима высокая производительность в краткие сроки (когда вопрос о качестве, не стоит на первом месте). Как правило, сварка с использованием таких электродов, проходит в нижнем положении, а во время работы выделяется небольшое количество химических веществ и соединений марганца. Данные электроды имеют обычный коэффициент наплавки - всего 15 г/А*ч. Во время работы, образовывается не такое большое количество пор, что также положительно.

Пластмассовые покрытия электродов также содержат включения железного порошка. При помощи таких электродов, как правило, завариваются зазоры, поскольку покрытие негигроскопично. Сама же сварка выполняется при постоянном или переменном токе, в любом положении.



Заключение

Информация по электродам, приведенная в данной статье, является только общим представлением о том, как влияют химические и физические параметры электрода на сложнейшие процессы формирования сварного шва и на его качественные показатели. Тем не менее, статья поможет, на наш взгляд, покупателям более осознанно подходить к выбору электродов, что не может не сказаться на экономии средств в результате подбора электродов, оптимальных по соотношению "цена-качество" для каждого конкретного вида сварки.



Литература

1. Сварка специальных сталей и сплавов: И. В. Смирнов -- Санкт-Петербург, Лань, 2012 г.- 272 с.

2. Электродный потенциал: Джесси Рассел -- Москва, Книга по Требованию, 2012 г.- 36 с

3. ГОСТ 9466-75 Электроды покрытые металлические для ручной дуговой сварки сталей и наплавки. Классификация и общие технические условия.

Размещено на Allbest.ru