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.