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.