Связующие.

В качестве связующих материалов чаще всего используют так называемое жидкое стекло- натриевое, калиевое или натриево-калиевое. Которое представляет собой силикат, т.е. соль кремниевой кислоты щелочных металлов: калия или натрия, химическая формула которого: Са₂О·SiO₂ или Na₂O·SiO₂. Отношение: m=(Na₂O)/(SiO₂) называется модулем жидкого стекла.

Чем выше модуль, тем больше клейкость жидкого стекла. Для электродных покрытий применяется жидкое стекло с модулем от 2,2 до 3.

Жидкое калиевое стекло вводится в некоторые покрытия также с целью повышения устойчивости её горения, таким образом, оно одновременно выполняет и роль стабилизирующего вещества.

В покрытиях некоторых электродов для связки применяют лаки и порошкообразные пластмассы (например, в электродах для подводной сварки и резки).

Многие составляющие покрытия выполняют одновременно несколько функций, например: мрамор, магнезит и доломит - являются и газообразующими и шлакообразующими составляющими; полевой шпат, слюда, жидкое стекло – шлакообразующими и стабилизаторами; ферросплавы – раскислителями и легирующими.

Состав покрытия электродов выбирают в зависимости от назначения электродов и требуемых состава и свойств металла шва.

 

Классификация электродов.

Электроды для ручной дуговой сварки классифицируются по следующим признакам:

1. По назначению – для сварки стали, чугуна, алюминия, для наплавочных работ и т.п.

2. По типу покрытия – целлюлозные, рутиловые, фтористо-кальциевые, ильменитовые, рудно-кислые, органические и т.п.

3. По механическим свойствам металла шва.

4. По способу нанесения покрытия – окунанием или опрессовкой.

5. По количеству покрытия, нанесенного на стержень – голые электроды, тонкопокрытые, толстопокрытые.

Электроды для сварки и наплавки сталей в зависимости от назначения подразделены на ряд классов:

· для сварки углеродистых и легированных конструкционных сталей;

· для сварки легированных теплоустойчивых сталей;

· для сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами;

· для наплавки поверхностных слоёв с особыми свойствами.

Все эти сведения отражены в условном обозначении электродов.

Например: Э42-АНО-6-4.0-УД1;

Е41 0 (1)-Р21;

Э42 – тип электрода (Э – электрод, 42 – временное сопротивление разрыву, в данном случае s_{в ³} 42 кгс/мм²);

АНО-6 – марка электродов;

4,0 – диаметр электродов, мм;

У – назначение электродов:

У – для конструкционных сталей с σв≤620МПа;

Л – для легированных сталей с σв≥620МПа;

Т – для теплоустойчивых легированных сталей;

В – для высоколегированных сталей;

Н – для наплавки.

Д – толщина покрытия:

М – тонкое,

С – среднее,

Д – толстое,

Г – особо толстое;

2 – группа по качеству (чем больше число, тем выше требования);

В знаменателе:

Е – обозначает электрод,

41 0 (1) – индексы характеристик металла шва:

41 – s_в ≥ 410МПа (41кгс/мм2);

0 – δ;≥ 20%;

(1) – критическая температура хрупкости.

Р – обозначение видов покрытия:

А – кислое,

Б – основное,

Р – рутиловое,

Ц – целлюлозное,

П – прочие виды,

Ж – с содержанием в покрытии более 20% железного порошка,

две буквы – покрытие смешанного типа.

 

2 – допустимые пространственные положения при сварке:

1 – все положения;

2 – кроме вертикального сверху вниз;

3 – кроме вертикального сверху вниз и потолочного;

4 – только нижнее.

1 – требования к электропитанию дуги:

Переменный ток. Напряжение х.х.	Постоянный ток, полярность
любая	прямая	Обратная
Переменный ток не применим	-	-
50 В
70 В
90 В

 

Наибольшее распространение в нашей стране получили электроды с рутиловым покрытием, их доля составляет около 70% от общего выпуска.

Для сварки особо ответственных конструкций применяются, главным образом, электроды с фтористо-кальциевым покрытием.

Доля отечественных электродов с органическим покрытием невелика, их применяют, главным образом, при строительстве магистральных трубопроводов.

Электроды с рудно-кислым покрытием.

Шлакообразующую основу рудно-кислого покрытия составляют окислы железа и марганца (преимущественно в виде руд) и различные алюмосиликаты (полевой шпат, гранит и т.д.). Газовая защита обеспечивается за счет разложения органических составляющих покрытия (оксицеллюлозы, крахмала, декстрина, древесной муки). Раскисление осуществляется марганцем, который вводят в покрытие в виде ферромарганца.

При сварке этими электродами происходит насыщение наплавленного металла кислородом и водородом в большей степени, чем при использовании фгористо-кальциевых покрытий. Швы склонны к трещинообразованию, особенно при повышенном содержании углерода в металле шва. Шлаки, образующиеся при расплавлении рудно-кислых покрытий, обладают небольшой способностью обессеривать металл шва. Рудно-кислые покрытия обладают повышенной токсичностью, т.к. при плавлении выделяются большое количество окислов марганца.

В связи с вышеизложенным, не рекомендуется применение электродов с рудно-кислым покрытием для сварки среднеуглеродистых и легированных сталей, а также в сочетании с проволокой из спокойной стали.

Преимущества: электроды с рудно-кислым покрытием позволяют сваривать металл с ржавыми кромками и окалиной, вести сварку длиной дугой и обеспечивают при этом получение плотных швов.

По механическим свойствам металл шва, полученный электродами с рудно-кислым покрытием, относят к типу Э42.

Марки таких электродов: ОММ-5, ЦМ7, ЦМ8, МЭЗ-04 и др.

В связи с большой токсичностью, эти электроды выпускаются все в меньшем количестве. Их заменили электроды с рутиловым покрытием.

Электроды с рутиловым покрытием.

Шлакообразующая основа – рутиловый концентрат (ТiO₂), различные алюмосиликаты (слюда, полевой шпат, каолин) и карбонаты (мрамор магнезит).

Газовая защита – разложение карбонатов (мрамор, мел), органических веществ (целлюлоза, декстрин).

Раскисление металла – за счет марганца, вводимого с ферромарганцем в покрытие электродов.

Рутиловые покрытия условно можно разделить на две подгруппы:

1). Рутилалюмосиликатные (содержание карбонатов < 5%);

2). Рутилокарбонатные (содержание карбонатов 10-15%).

При сварке с рутилкарбонатным покрытием кремний восстановительный процесс получает меньшее развитие, чем при сварке электродами с рутилалюмосиликатным покрытием. Этому способствует более высокие основность шлака и окислительный потенциал дуги.

С увеличением основности шлака снижается количество неметаллических включений и кислорода в металле шва, повышается его пластические свойства и стойкость против образования кристаллизационных трещин. Поэтому рутилкарбонатные покрытия обеспечивают более высокое качество металла шва, чем рутилалюмосиликатные покрытия электродов.

Марки электродов:

-с рутилкарбонатным покрытием АНО-3, АНО-4, АНО-5, МР-1, МР-3;

-с рутилалюмосиликатным покрытием АНО-1, ОЗС-3, ОЗС-4, ОЗС-6, ЦМ-9.

Электроды с рутиловым покрытием обладают высокими сварочно-технологическими свойствами:

- обеспечивают отличное формирование швов,

- малые потери на разбрызгивание,

- легкая отделимость шлаковой корки,

- стабильное горение дуги на переменном и постоянном токе любой полярности,

- металл шва мало склонен к образованию пор при колебаниях длины дуги, сварке влажного и ржавого металла, при сварке окисленных поверхностей.

Рутиловые электроды первой группы применяются при сварке металла толщиной 3-12мм в монтажных заводских условиях, где преобладают короткие и криволинейные швы, расположенные в различных пространственных положениях.

В рутиловые электроды второй группы вводится железный порошок в количестве 30-35%, что позволяет улучшить сварочно-технологические свойства и увеличить производительность сварки. Эти электроды являются универсальными, но наиболее эффективно их применение при сварке в нижнем положении швов большой протяженности с большим катетом при толщине основного металла 10-12мм.

Электроды с рутиловым покрытием менее токсичны, чем с электроды с рудно-кислым покрытием.

Электроды с фтористо-кальциевым покрытием.

Эти электроды не содержат в покрытии окислов железа и марганца. Их основной частью является углекислый кальций (в виде мрамора, мела, магнезита) и СаF₂ (в виде плавикового шпата).

Раскислители – ферросилиций, ферромарганец, ферротитан, алюминий.

Электроды с таким покрытием обеспечивают низкое содержание кислорода в металле шва, а также низкое содержание серы и фосфора, что обусловлено повышенной рафинирующей способностью фтористо-кальциевых шлаков.Это способствует получению металла с высокими механическими свойствами.

Марки электродов: УОНИ-13/45, УОНИ-13/55, АНО-7, СМ-11, ЦЛ-9 и др.

Эти электроды особенно пригодны для сварки металла большой толщины, жестких конструкций, из литых углеродистых, низколегированных, высокопрочных сталей, а также сталей с повышенным содержанием серы и углерода.

Недостатки: металл, наплавленный электродами с фтористо-кальциевым покрытием, весьма чувствителен к образованию пор при наличии ржавчины или масла на кромках свариваемых изделий, а также при увлажнении покрытия и удлинения дуги. (Удлинение дуги ухудшает газовую защиту, вследствие чего увеличивается содержание азота, который, выделяясь при кристаллизации сварочной ванны, вызывает пористость швов).

Сварку этими электродами, как правило, выполняют на постоянном токе обратной полярности.

Таким образом, для получения качественных швов при сварке электродами с фтористо-кальциевым покрытием необходимо принимать дополнительные меры при подготовительных работах:

-обезжиривать и зачищать от ржавчины и окалины кромки свариваемого металла,

-прокаливать электроды,

-сварку вести короткой дугой на обратной полярности.

Электроды с органическим покрытием.

Покрытия органического типа содержат большое количество органических составляющих, разлагающихся в процессе плавления электрода и обеспечивающих газовую защиту расплавленного металла.

Шлакообразующие добавки: рутил, титановый концентрат, марганцевая руда, алюмосиликаты и карбонаты.

Раскислители: ферромарганец.

Электроды имеют небольшую толщину покрытия (коэффициент массы покрытия 15÷20).

Применение: на монтаже для сварки во всех пространственных положениях на переменном и постоянном токе. В защитной среде газов содержится много водорода, что обеспечивает восстановление окислов и улучшает качество наплавленного металла, но может вызвать образование пор.

Металл, наплавленный электродами с органическим покрытием, по химическому составу соответствует полуспокойной или спокойной стали. По механическим свойствам металла шва соответствует типам Э-42 ÷ Э50.

Наибольшее распространение получили электроды ВСЦ-4 и ВСЦ-4А, специально предназначенные для сварки первого слоя шва поворотных и неповоротных стыков трубопроводов из низкоуглеродистой и низколегированной стали.

Также применяются электроды ОМА-2. Их особенностью является малая проплавляющая способность, что делает их пригодными для сварки сталей малых толщин (0,8-3мм).

Недостатки:

- большие потери расплавленного металла от разбрызгивания (до 20%);

- органическое покрытие не допускает перегрева в процессе их сушки и при сварке (т.е. необходимо вводить ограничения по величине сварочного тока).

- выгорание органических составляющих покрытия при его перегреве приводит к изменению химического состава металла шва по его длине.

 

Ввиду большого разнообразия применяемых покрытий, электроды по ГОСТ делятся на типы не по составу покрытий, а по назначению и по механическим свойствам (см. раздел маркировка электродов).

В промышленности применяются электроды, выпускающиеся по следующим ГОСТам:

ГОСТ 9467-60 – электроды металлические для дуговой сварки конструкционных и теплоустойчивых сталей.

ГОСТ 10051-62 – электроды металлические для дуговой наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами.

ГОСТ 10052-62 – электроды металлические для дуговой сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами.

Электроды для сварки теплоустойчивых сталей разделяют на следующие типы:

- тип Э-М – для сварки теплоустойчивых молибденовых сталей,

- тип Э-ХМ – для сварки хромомолибденовых сталей,

- тип Э-ХМФ – для сварки хромомолибденованадиевых сталей,

- тип Э-ХМФБ – для сварки хромомолибденованадиевониобиевых сталей.

Электроды для сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами классифицируют в зависимости от основного применения на:

- А – коррозионно-стойкие (нержавеющие);

- Б – жаростойкие (окалиностойкие) или жароупорные (старое название). Металл швов, сваренный этими электродами, устойчив против окисления при высоких температурах;

- В – жаропрочные. Металл швов, сваренный этими электродами, сохраняет свои механические свойства при высоких температурах.

К коррозионно-стойким относят следующие марки электродов: ОЗЛ-14, ОЗЛ-8, (типа, соответственно ЭА-1 и ЭА-1а) – предназначены для сварки коррозионно-стойких сталей OXI8HIO, XI8HIOT и т.п.

Электроды для сварки жаростойких сталей и сплавов: ОЗЛ-6 (типЭА-2), ЦЛ-25 (тип ЭА-2), ОЗЛ-9А (тип ЭА-2Г6) – предназначены для сварки литых и катаных сталей X23HI3, 4XI8H25C2 и им подобных, работающих при температуре 1150ºС.

Электроды для сварки жаропрочных сталей и сплавов: ЦТ-16-1 (тип ЭА-1В2Б), КТИ-5-62 (тип ЭА-1М2Фа), используются для сварки сталей X23HI3, IXI6HI3M2Б и им подобных, работающих при температуре 550-600ºС.