Виды электродов по типу покрытия. Покрытия электродов
Покрытие электрода для сварки
Изобретение может быть использовано при изготовлении сварочных электродов. Покрытие электрода содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: мрамор 12-13, тальк 19-20, волластонит 45-46, ферросиликомарганец 11-12, ферротитан 11-12. Покрытие обеспечивает улучшение сварочно-технологических свойств при снижении стоимости за счет введения недорогих недефицитных компонентов. 3 табл.
Изобретение относится к области сварки углеродистых сталей, в частности, к покрытиям электродов, применяемых для сварки.
Известна шихта порошковой проволоки для сварки сталей, содержащая рутиловый концентрат, гематит, марганец, алюминий, фторид лития, силикокальций, оксид кадмия, лопариновый концентрат, никель при следующем соотношении компонентов, мас.%: рутиловый концентрат 35-40; гематит 38-45; марганец 6-8; алюминий 1,5-2,5; фторид лития 2,0-4,5; силикокальций 1,5-3,5; оксид кадмия 0,5-1,5; лопариновый концентрат 0,5-2,0; никель 3-5. Коэффициент заполнения шихтой полости проволоки составляет 30-34% (см. патент РФ №2012470, МПК5 В 23 К 35/368).Основным недостатком описанной шихты и, следовательно, порошковой проволоки для сварки сталей является высокая стоимость, обусловленная использованием дорогостоящего остродефицитного компонента рутила. Кроме этого, сфера применения описанной шихты ограничена сваркой сталей преимущественно под водой, а именно, при ремонте корпусов судов, восстановлении трубопроводов и других гидротехнических сооружений.Известен керамический флюс для сварки низколегированных высокопрочных сталей, содержащий обожженный магнезит, синтетический шлак типа флюса АНФ-6, глинозем, волластонит, гематит, металлический марганец, ферротитан (Т=6,7%), ферробор (В=20%), медный порошок и алюмомагний при следующем соотношении компонентов, мас.%: обоженный магнезит 26,0-34,0; флюс АНФ-6 36,0-45,0; глинозем 8,0-10,0; волластонит 13,0-19,0; гематит 0,5-0,9; металлический марганец 0,8-1,8; ферротитан 0,5-2,5; ферробор 0,1-1,1; медный порошок 0,2-0,8; алюмомагний 0,1-0,2. Отношение титана к бору выбрано в пределах 1,67-41,9, меди к бору 1,36-40,0, гематита к алюмомагнию 2,5-7,5 (см. патент РФ №1836203, МПК5 В 23 К 35/362).Сфера применения этого вещества ограничена автоматической сваркой под слоем флюса, и оно не может быть использовано в качестве покрытия электрода даже с учетом его невысокой стоимости вследствие отсутствия в составе такого компонента, как рутил.Известно покрытие электрода марки УОНИ-13/55 для сварки, содержащее мрамор, плавиковый шпат, кварцевый песок, ферромарганец, ферросилиций, ферротитан при следующем соотношении компонентов, мас.%: мрамор - 54; плавиковый шпат - 15; кварцевый песок - 9; ферромарганец - 5; ферросилиций - 5; ферротитан - 12. Электрод с этим покрытием относится к типу Э-50А. Покрытие наносится на проволоку. Сварка производится на постоянном токе обратной полярности от серийно выпускаемых источников питания (см. Закс И.А. Электроды для дуговой сварки сталей и никелевых сплавов: Справочное пособие. - СПб. 1996, с. 332, табл. 7.6).Это покрытие электрода имеет достаточно высокую стоимость из-за наличия остродефицитного плавикового шпата и не высокие сварочно-технологические свойства, во-первых, вследствие присутствия достаточного количества вредных примесей - серы и фосфора - в наплавленном металле, во-вторых, вследствие того, что электроды марки УОНИ-13/55 требуют обязательного подключения к источнику питания постоянного тока, тщательной очистки от ржавчины, жировых пятен поверхностей свариваемых изделий.Наиболее близким к предлагаемому изобретению (прототипом) является покрытие электрода марки МР-3 для сварки, содержащее мрамор, тальк, ферромарганец, рутил, каолин, целлюлозу при следующем соотношении компонентов, мас.%: мрамор - 18; тальк - 10; ферромарганец - 15,5; рутил - 50; каолин - 5; целлюлоза - 1,5. Электрод с таким покрытием относится к типу Э46. Покрытие наносится на проволоку. Для сварки используется источник питания переменного тока (см. Мойсов Л.И., Бурылев Б.П. Физико-химические основы создания новых сварочных материалов. - Ростов-на-Дону: Изд. Ростовского университета, 1993, с. 5, табл. 1.3).Недостатками покрытия электрода марки МР-3 являются высокая стоимость, обусловленная использованием дорогостоящего остродефицитного ввозимого из-за границы компонента-рутила, составляющего 50% массы покрытия, а также низкие сварочно-технологические свойства вследствие достаточно большого количества вредных примесей в наплавленном металле, таких как сера и фосфор, что отрицательно сказывается на качестве сварного шва.Предлагаемым изобретением решается задача снижения стоимости покрытия электрода для сварки путем введения недорогого недефицитного компонента и улучшения сварочно-технологических свойств.Для достижения указанного технического результата покрытие электрода для сварки, содержащее мрамор и тальк, дополнительно содержит волластонит, ферросиликомарганец и ферротитан при следующем соотношении компонентов, мас.%:Мрамор 12-13Тальк 19-20Волластонит 45-46Ферросиликомарганец 11-12Ферротитан 11-12В качестве недорого недефицитного компонента используется волластонит, являющийся местным сырьем. Волластонит заменяет дорогостоящий остродефицитный компонент рутил.Улучшение сварочно-технологических свойств обеспечивается путем снижения содержания вредных примесей в наплавленном металле, таких как сера и фосфор, при одновременном сохранении показателей механических свойств наплавленного металла (см. табл. 1-3).Содержание в покрытии электрода мрамора, составляющего 12-13 мас.%, является оптимальным, так как оно определено из условия обеспечения надежной газовой защиты сварочной ванны и ограничения допустимого содержания углерода в наплавленном металле. При уменьшении количества мрамора ниже 12 мас.% газовая защита сварочной ванны ухудшается, и в наплавленном металле образуются поры. При увеличении количества мрамора свыше 13 мас.% возрастает тугоплавкость покрытия электрода и ухудшается формирование сварного шва.Оптимальное количество вводимого в покрытие электрода талька, составляющее 19-20 мас.%, определяется, во-первых, пластическими свойствами покрытия, необходимыми для обмазки электрода, во-вторых, необходимостью иметь шлаковую систему типа CaO-MqO-SiО2. Количество талька ниже 19 мас.% приводит к ухудшению прессуемости покрытия электрода, а количество талька более 20 мас.% приводит к ухудшению формирования сварного шва.Введение в состав покрытия волластонита в количестве 45-46 мас.% является оптимальным, так как приводит к снижению содержания в наплавленном металле вредных примесей - серы и фосфора. Введение волластонита в количестве менее 45 мас.% приводит к увеличению содержания в наплавленном металле серы и фосфора, что ухудшает качество сварного шва. Введение волластонита в количестве более 46 мас.% приводит к повышению тугоплавкости шлака, образующегося в процессе плавления электродного покрытия, и повышению склонности наплавленного металла к образованию пор.Ферросиликомарганец и ферротитан в одинаковых количествах 11-12 мас.% введены в состав покрытия в качестве раскислителей и для обеспечения необходимых механических свойств наплавленного металла. Введение ферросиликомарганца и ферротитана в количествах, меньших чем 11 мас.%, приводит к уменьшению прочности наплавленного металла, а введение этих компонентов в количествах, больших чем 12 мас.%, приводит к неоправданному увеличению прочности наплавленного металла и повышению стоимости покрытия электрода.Предлагаемое изобретение иллюстрируется следующим примером. Для изготовления покрытия электродов для сварки использовали 12-13 мас.% мрамора, 19-20 мас.% талька, 45-46 мас.% волластонита, 11-12 мас.% ферросиликомарганца и 11-12 мас.% ферротитана. Компоненты покрытия загружались в смеситель для смешивания с последующим добавлением до 30% от массы жидкого стекла. Затем полученная обмазка наносилась на металлические стержни с диаметром до 4 мм из стали Св08 путем опрессовки.Таким образом были получены электроды с заявляемым покрытием. В процессе изготовления электродов установили, что они легко поддаются опрессовке, а покрытие электродов имеет высокое качество и эксплуатационную надежность.Результаты испытаний покрытия электрода УОНИ-13/55, покрытия электрода МР-3, выбранного в качестве прототипа, и заявляемого покрытия электрода приведены в табл. 1, отображающей химические составы наплавленных металлов, в табл. 2, отображающей механические свойства наплавленных металлов, в табл. 3 оценки сварочно-технологических свойств электродов.Как следует из таблиц, введение в покрытие электрода компонента волластонита позволяет уменьшить содержание серы в наплавленном металле в 2 раза и фосфора в наплавленном металле в 1,7 раза по сравнению с содержанием серы и фосфора в наплавленном металле, полученном с использованием покрытия электрода, выбранного в качестве прототипа. Прочность на разрыв наплавленного металла, полученного с использованием предлагаемого покрытия электрода, на 10-15% выше прочности на разрыв наплавленного металла, полученного с использованием покрытия электрода, выбранного в качестве прототипа, относительное удлинение - более чем на 30% выше относительного удлинения наплавленного металла, полученного с использованием покрытия электрода, выбранного в качестве прототипа. Таким образом, приведенный в табл. 1 химический состав наплавленного металла, полученного с использованием электрода для сварки с заявляемым покрытием, позволяет обеспечить высокие механические свойства этого металла (см. табл. 2) и улучшенные сварочно-технологические свойства электродов (см. табл. 3).Результаты испытаний показывают, что по механическим свойствам наплавленного металла электроды с предлагаемым покрытием относятся к типу Э-50А по ГОСТ 9466-75 “Электроды покрытые металлические для ручной дуговой сварки конструкционных и теплоустойчивых сталей”.Использование предлагаемого покрытия электрода по сравнению с известным покрытием электрода марки МР-3 - прототипом позволяет снизить стоимость за счет замены дорогостоящего и остродефицитного рутила на волластонит, улучшить сварочно-технологические свойства электрода при сохранении высоких показателей механических свойств наплавленного металла, полученного с использованием этого покрытия электрода.
Покрытие электрода для сваркиФормула изобретения
Покрытие электрода для сварки, содержащее мрамор и тальк, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит волластонит, ферросиликомарганец и ферротитан при следующем соотношении компонентов, мас.%:Мрамор 12-13Тальк 19-20Волластонит 45-46Ферросиликомарганец 11-12Ферротитан 11-12www.findpatent.ru
Виды электродов по типу покрытия
Основной параметр, по которому производится разделение электродов на различные виды – это тип покрытия. Давайте попробуем разобраться во всем этом разнообразии электродов, которые решают абсолютно разные задачи.
Электроды с кислым покрытием Данная разновидность электродов отличается наличием в своем составе оксидов кремния/алюминия и ферромарганца. Крахмал и декстрин, также присутствующие в покрытии, обеспечивают газовую защиту. «Кислые» электроды используются очень широко при работе с металлическими деталями и конструкциями не только загрязненными ржавчиной, но и пораженными коррозией. При этом швы получаются достаточно прочными – пористость исключается. Благодаря компонентам с повышенной кислотностью, при сварке такими электродами происходит эффективная дегазация металла в ванне расплава. Однако очищения от фосфора не происходит, и создается переизбыток кислорода. Шов, образованный при плавлении электрода с кислым покрытием, насыщается кислородом и часто включает неметаллические образования – чем и объясняется его пониженная ударная вязкость (не более 12 кгс-м/см2) и сравнительно слабая устойчивость к появлению кристаллизационных и «горячих» трещин. Из-за высокой окислительной способности применение «кислых» электродов невозможно для многих ответственных конструкций. Такие электроды пригодны для сваривания длинной дугой в любых пространственных положениях постоянным либо переменным током. Но газы, которые при этом испаряются, являются высокотоксичными – из-за значительной концентрации марганца. Электроды с основным покрытием Так называемое основное (низководородное) электродное покрытие содержит мел, мрамор (карбонат кальция), плавиковый шпат (разновидность кальциево-фторового соединения) и ферросплавы. Большое содержание карбонатов вызывает выделение необходимого количества защитного углекислого газа при разрушении обмазки. Чаще всего электроды с основным покрытием используются для проведения сварочных работ постоянным током, имеющим обратную полярность. Варить переменным током посредством таких электродов становится возможным тогда, когда в составе их покрытия дополнительно присутствуют поташ, жидкое стекло и т.п. Сварка низководородными электродами осуществляется во всех положениях короткой дугой. Предварительно требуется провести тщательную очистку рабочих поверхностей от влаги, ржавчины и грязи. Металл шовного соединения содержит незначительную концентрацию кислорода, отличается прекрасной устойчивостью к ударным нагрузкам (25кгс-см2), на нем не возникают «горячие» и кристаллизационные трещины. Кроме того, шов отлично переносит резкие перепады температуры и является резистентным по отношению к процессам старения. Благодаря низкой окислительной способности компонентов покрытия основных электродов, при сварке происходит преобразование фосфора и серы в шлак – поэтому швы получаются эластичными и чистыми. Кремниево-марганцевые добавки придают им прочность. Пористость металла сварной ванны возрастает в том случае, если работы проводятся длинной дугой, поверхность недостаточно хорошо очищена или применяются электроды с толстой обмазкой. Наличие фтористых соединений немного снижает стабильность электродуги – так как ионизация уменьшается. Основные электроды обладают повышенной чувствительностью к влажной среде, поэтому их необходимо прокаливать и сушить перед применением даже тогда, когда «пролежали» они совсем немного времени. Прокаливание – это очень важно – иначе качество сварного соединения существенно снизится. Электроды с основным покрытием повсеместно применяются для сварки углеродистых, низколегированных и высоколегированных сталей – в том числе – для сварки ответственных швов. Кроме того, данными электродами можно работать при низких температурах и с толстостенными металлоконструкциями, которые имеют в своем составе повышенную концентрацию серы и фосфора. Электроды с целлюлозным покрытием Данная разновидность обмазки содержит до пятидесяти процентов органических компонентов: наиболее часто – целлюлозу, а также марганец, рутил и другие неорганические составляющие. Благодаря высокому уровню концентрации защитного газа при сварке образуется лишь незначительное количество шлака. Электроды с целлюлозным покрытием используются для сваривания металлоконструкций в любых пространственных положениях посредством переменного тока. Предварительной обработки рабочих поверхностей не требуется. Кроме того, целлюлозные электроды позволяют проварить вертикальный шов сверху вниз – что очень удобно при определенных условиях. Основной недостаток электродов с целлюлозным покрытием в том, что качество соединения снижается в результате чрезмерного насыщения водородом металлического шва. Электроды с рутиловым покрытием Основу покрытия рутиловых электродов составляет двуокись титана (минерал рутил), а также – магнезит, мрамор, каолин, полевой шпат и ряд других органических и минеральных компонентов. Благодаря разрушению органики и карбонатов достигается должный уровень защиты сварной ванны. Данная разновидность электродов почти по всем показателям превосходит основные и кислые. Состав обмазки обеспечивает минимальную пористость при сваривании даже необработанных поверхностей как длинной, так и короткой дугой. Металл шовного соединения более устойчив к возникновению кристаллизационных трещин, чем при использовании электродов с основным покрытием, и «горячих» трещин при применении «кислых» электродов. Электроды с рутиловым покрытием выделяют при плавлении газовые соединения малой токсичности и образуют легко отслаивающийся шлаковый слой. Кроме того, они создают стабильную дугу и зажигаются легче, чем другие электроды. Еще одно достоинство рутила – минимальное разбрызгивание металла сварной ванны. Что касается показателя прочности, то рутиловые электроды обеспечивают самое лучшее сопротивление так называемой усталости шовного соединения при угловом сваривании в конструкциях, несущих значительные нагрузки. Возможность работать в различных пространственных положениях и степень производительности зависит от концентрации железа в рутиловой обмазке. Покрытия смешанного типа представляют из себя несколько вариантов совмещения других компонентов с основным рутиловым элементом. Это позволяет соответствующим образом улучшить свойства рутиловых электродов и повысить качество шва в зависимости от сферы применения. Неплавящиеся электроды Электроды неплавящегося типа производятся из тугоплавких токопроводящих материалов – циркония, графита, гафния и вольфрама. Используются они для технологии сваривания в среде инертных защитных газов. В соответствии с применяемым газом подбирается и разновидность электрода. Графит и вольфрам, к примеру, «идут в паре» с аргоном, гелием и их смесями, цирконий и гафний – с азотом. Также неплавящиеся электроды отличаются углом заточки и диаметром – 0,8/6 мм. Электродная проволока Проволока применяется при дуговой непрерывной сварке полуавтоматическими сварочными аппаратами в среде защитного газа (активного или инертного). В качестве меры измерения количества электродной проволоки выступает вес самой бобины. Диаметр сечения имеет довольно широкий вариативный диапазон – 0,4/6 мм. Существует несколько типов проволоки – порошковая и сплошная (стальная, медная и алюминиевая). Выбор зависит от вида и свойств свариваемого металла, условий сварки и от того, с какими характеристиками требуется получить шовное соединение. Сплошная проволока имеет однородный состав. Она применяется в том случае, когда защита ванны расплава осуществляется посредством подачи активного/инертного газа. Порошковая разновидность имеет сердечник с порошком, который может иметь различный химический состав. В процессе ее плавления дисперсия сердцевины разрушается, в результате чего вокруг сварной ванны образуется защитное облако газа, а затем возникает и шлаковый слой. Химические компоненты проникают и в структуру расплавленного металла, придавая шву необходимые свойства. Элементы, образующие состав сердечника, подразделяются на шлакообразующие, стабилизирующие, легирующие, газообразующие, раскислители и специальные. Электродная проволока производится с «начинкой» пяти разных типов: рутиловая, рутил-флюоритная, рутил-органическая, флюоритная, карбонат-флюоритная. Использование порошковой проволоки имеет большой плюс – не нужно применять тяжелые, крупногабаритные и взрывоопасные баллоны с газом. Также с помощью проволоки можно качественно сваривать детали не только в помещении, но и на открытом воздухе – ветер не будет помехой. Сварочный процесс отличается впечатляющей производительностью, а швы получаются отличными по всем параметрам. При сварочных работах неплавящимися электродами в качестве присадки часто применяют сплошную проволоку. Сварная ванна требует использование присадок тогда, когда зазор между рабочими поверхностями составляет свыше трех миллиметров. Подача проволоки производится как вручную, так и автоматически. Автоматическая подача электродной проволоки осуществляется благодаря работе специального подающего блока. Последний может быть интегрированным в сам сварочник, мобильным (выносным), или находиться непосредственно на горелке. В зависимости от типа подачи существуют толкающие, тянущие и тянуше-толкающие механизмы. По количеству роликов подающие блоки бывают двух/четырехроликовые. Роликовые механизмы предназначены для разных видов проволоки и отличаются размером самих роликов и конфигурацией (наличие/отсутствие продольно расположенных роликов). nanolife.info
Особенности различных видов электродных покрытий
ПРОИЗВОДСТВО ЭЛЕКТРОДОВ ДЛЯ РУЧНОЙ СВАРКИ
Влияние вида покрытия на качество наплавленного металла
Раскисление наплавленного металла одним или несколькими раскислителями снижает содержание кислорода, растворенного в жидком металле перед его кристаллизацией. Однако для обеспечения высоких пластических свойств металла шва необходимо не только снизить концентрацию остаточного кислорода, но и возможно полнее уменьшить количество продуктов раскисления, остающихся в сварочных швах. Это можно осуществить подбором состава покрытия, обеспечивающего определенные физико-химические свойства образующегося шлака. Необходимо, чтобы шлак при температуре жидкого металла обладал низкой вязкостью, хорошо смачивал жидкий металл и не препятствовал правильному формированию шва. Он также должен иметь высокую химическую активность по отношению к составу оксидных включений, образующихся в наплавленном металле. Омывая капли жидкого металла и сварочную ванну, шлак должен растворять и связывать продукты раскисления металла.
Учитывая, что жидкий металл как в капле, так и в сварочной ванне находится в состоянии непрерывного конвективного перемешивания, такое рафинирование металла шва может быть осуществлено в значительной степени при условии совместного подбора раскислителей и шлаковой системы, т. е. рецептуры покрытия электродов.
Рассмотрим образование и химический состав оксидных включений и их взаимодействие со шлаком при сварке электродами с разными видами покрытий. (Отметим, что подразделение покрытий по видам, хотя и нормировано стандартом, является весьма приближенным).
Электроды с кислым покрытием. Покрытие состоит из большого количества оксидов железа (Fe203) или марганца (Мп02) и различных силикатов с высоким содержанием Si02, в результате чего обладает высоким окислительным потенциалом. В покрытии может присутствовать также ильменит или титановый концентрат. Раскислителем обычно является ферромарганец. Для газовой защиты вводят электродную целлюлозу (до 5%).
Шлак, образующийся при плавлении электрода, содержит большое количество оксидов железа. Поэтому окисление плавящегося металла при высокой температуре осуществляется как за счет атмосферы дуги, так и за счет кислорода, переходящего из шлака.
Применяемый в качестве раскислителя марганец начинает окисляться в плавящемся покрытии при взаимодействрш с оксидами железа и частично — за счет кислорода атмосферы дуги. В жидкий металл марганец переходит в весьма умеренном количестве.
При высокой температуре обычно происходит восстановление из Si02 небольшого количества кремния (0,07-0,12%) по реакции Si02 + 2Мп = 2МпО + Si (кремневосстановительный процесс). При этом марганец и кремний сосуществуют с кислородом, не взаимодействуя с ним. Может протекать только реакция между углеродом и кислородом с образованием оксида углерода (СО).
В хвостовой части ванны, имеющей сравнительно низкую температуру, восстановленный кремний и марганец, перешедший из покрытия, вступают в реакцию с кислородом, растворенным в жидком металле. В результате образуются мелкодисперсные включения Si02 и МпО, которые частично могут образовать между собой химическое соединение Mn0-Si02 с температурой плавления 1285 °С. Такие соединения способны укрупняться за счет слияния нескольких молекул, и наплавленный металл оказывается значительно загрязненным как крупными, так и мелкодисперсными включениями.
О количестве включений в наплавленном металле можно судить по содержанию кислорода в сварных швах, которое составляет 0,10-0,15%. При комнатной температуре кислород не растворяется в железе и может находиться только в виде оксидов Si02, FeO и МпО. Следует отметить, что крупные включения могут иметь экзогенное происхождение, так как заносятся в жидкий металл из шлака. Наличие включений, особенно мелкодисперсных, существенно снижает служебные характеристики сварных швов, в первую очередь, значения ударной вязкости при низких температурах. Кроме того, металл шва склонен к образованию кристаллизационных трещин.
Технологически электроды при сварке характеризуются мелкокапельным переносом и формированием плоских и гладких сварных швов.
Электроды с рутиловым покрытием. Покрытие состоит из большого количества рутила (с содержанием ТЮ2 примерно 95%), алюмосиликатов (калиевая слюда, каолин, полевой шпат), умерен - ного количества карбонатов (мрамор, магнезит). Раскислителем служит ферромарганец. Газовая защита, помимо карбонатов, осуществляется целлюлозой, вводимой в покрытие электродов (до 4-5%). В качестве связующего применяют калиево-натриевое или натриево-калиевое жидкое стекло. Атмосфера дуги является сравнительно слабо окислительной за счет кислорода, образующегося при диссоциации карбонатов СаС03—>Са04-С0 + 1/2 02, разложении целлюлозы и при диссоциации влаги покрытия (гигроскопической и конституционной).
Помимо окисления жидкого металла кислородом из атмосферы дуги, окисление происходит в результате кремневосстановительного процесса, возможного при наличии в покрытии большого количества кислых оксидов (ТЮ2, Si02). Восстановление кремния протекает при высоких температурах за счет марганца, находящегося в покрытии, а также за счет восстановления его железом по реакции Si02 + 2Fe = Si + 2FeO. Оксиды железа частично переходят в шлак, частично растворяются в жидком металле.
Концентрация восстановленного кремния достигает 0,13-0,20%, что заметно выше, чем при сварке электродами с кислым покрытием, а содержание кислорода обычно находится на уровне 0,04-0,07%.
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 (Si>0,20%) и пониженном содержании марганца (Мп<0,5%) в швах будут находиться, главным образом, мелкодисперсные включения оксидов кремния, отрицательно влияющие на пластические свойства швов. Поэтому развитие кремневосстановительного процесса целесообразно ограничить содержанием кремния до 0,13-0,15%. Это обычно осуществляют введением в состав покрытия карбонатов (CaC03, MgC03), которые при плавлении покрытия разлагаются на углекислый газ и оксиды основного типа СаО и MgO.
Связывая в шлаке оксиды кремния в прочные соединения Ca0-Si02 или Mg0Si02, основные оксиды понижают кислотность шлака, снижая тем самым концентрацию восстановленного кремния. Если при этом содержание марганца в наплавленном металле будет находиться на уровне 0,6%, то при снижении температуры хвостовой части сварочной ванны в ней одновременно будут образовываться как оксиды кремния, так и оксиды марганца, которые,
соединяясь, дают легкоплавкое соединение Si02-Mn0. Соединения такого типа способны коагулировать (укрупняться), приобретая сферическую форму, что снижает вредное влияние неметаллических включений.
В связи с пониженным содержанием кислорода в наплавленном металле и меньшим количеством оксидных включений электроды с рутиловым покрытием обеспечивают более высокие служебные характеристики сварных швов по сравнению с электродами с кислым покрытием.
Электроды с рутиловым покрытием обладают высокими сва- рочно-технологическими свойствами. Они позволяют легко выполнять сварку не только на постоянном, но и на переменном токе, практически во всех пространственных положениях, обеспечивают хорошее формирование сварных швов, легкое отделение шлака. Важной характеристикой является их сравнительно низкая токсичность при сварке.
Перечисленные особенности рутиловых электродов сделали их незаменимыми для сварки ответственных конструкций из углеродистых и низколегированных конструкционных сталей прочностью до 490 МПа. В настоящее время 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 дополнительным присадочным материалом, повышает коэффициент наплавки электродов. Другой разновидностью высокопроизводительных электродов являются рутиловые с толстым покрытием при соотношении D/d > 1,6. Их отличает легкое возбуждение дуги и мелкочешуйчатые шры благоприятной формы.
Электроды с целлюлозным покрытием. Покрытие таких электродов содержит значительное количество электродной целлюлозы, доходящее до 40 45%. В качестве шлакообразующих используют рутил, тальк, иногда марганцевую руду или гематит. Раньше широко использовали асбест, исключенный затем по санитарно-гигиеническим показателям[2]. Для раскисления металла применяют ферромарганец, связующим служит натриевое или натриево-калиевое жидкое стекло. Высокое содержание целлюлозы в покрытии электродов обеспечивает мощную газовую защиту наплавляемого металла даже при малом значении коэффициента массы покрытия, не превышающего 20-25%.
Газы, выделяющиеся при разложении целлюлозы, содержат большое количество водорода, оксида углерода и умеренное количество кислорода. В связи с этим атмосфера дуги является слабоокислительной.
В состав покрытия входит большое количество кислых оксидов, поэтому при сварке наблюдается существенное развитие кремневосстановительного процесса. Для его частичного подавления в покрытие иногда вводят марганцевую руду (Мп02), реже — гематит (Fe203). Прокалку электродов производят при температуре около 120-130 °С, что частично сохраняет влагу в покрытии и тем самым повышает его окислительный потенциал. При этих условиях наплавленный металл имеет следующий химический состав: С < 0,12%; Мп < 0,50%; Si < 0,20%. Если прокалку электродов производить в течение длительного времени при температуре > 170°С, то покрытие теряет чрезмерно большое количество связанной влаги, в результате чего его окислительный потенциал снижается и кремневосстановительный процесс проходит в большей степени. Одновременно с этим происходит также науглероживание наплавленного металла за счет восстановления углерода марганцем или железом из его оксида СО.
Содержание кислорода в металле швов сравнительно невелико и составляет около 0,05-0,06%. Однако из-за сравнительно низкого содержания марганца и повышенного содержания кремния в металле швов присутствуют, главным образом, мелкодисперсные включения оксидов кремния. Поэтому пластические свойства наплавленного металла, особенно ударная вязкость, весьма посредственны.
Отличительной особенностью электродов является возможность выполнения сварки во всех пространственных положениях с высокой линейной скоростью и обеспечение глубокого проплавления основного металла с формированием с обратной стороны шва плавного валика. Поэтому электроды с целлюлозным покрытием нашли широкое применение для сварки корневых швов стыков магистральных трубопроводов. К недостаткам таких электродов относят грубочешуйчатую поверхность швов, склонность к подрезам по свариваемым кромкам, повышенные потери на разбрызгивание, высокое содержание водорода в металле шва.
Электроды с основным покрытием. Покрытие состоит из большого количества карбонатов щелочно-земельных металлов, главным образом мрамора, плавикового шпата, небольшого количества кварца или рутила. Раскислителями являются ферротитан, ферросилиций, ферромарганец, иногда ферроалюминий. В качестве связующего применяют натриевое, натриево-калиевое или калиевонатриевое жидкое стекло.
Достаточно надежная газовая защита осуществляется за счет термического разложения карбонатов по реакции СаС03—>Са0+С02.
Сильные раскислители (титан, алюминий, кремний) начинают взаимодействовать с углекислым газом еще в процессе плавления покрытия, например, по реакции с титаном 2С02 + Ті = 2С0 +ТЮ2. Углекислый газ, не вступивший в реакцию с раскислителями, в процессе плавления покрытия при высокой температуре сварочной дуги диссоциирует с выделением активного кислорода по реакции С02—»С0 + 1/2 02. Поэтому атмосфера дуги является окислительной.
При высоких температурах кремний, титан и марганец сосуществуют с кислородом, растворенным в металле. По мере снижения температуры в зависимости от концентрации и вида раскислителей кислород вступает с ними в реакцию, образуя оксиды соответствующих элементов. Обычно это бывают наиболее активные элементы: титан и кремний. Образующиеся при этом кислые оксиды ТЮ2 и Si02 имеют большое сродство к шлаку с высокой основностью, содержащему значительное количество СаО.
Промывая сварочную ванну, такой шлак связывает кислые оксиды в прочные соединения СаОТЮ2 и Ca0-Si02, очищая тем самым металл от неметаллических включений. В результате, при условии соблюдения технологии изготовления и применения электродов с основным покрытием, содержание кислорода в наплавленном металле составляет около 0,02-0,03%.
Низкое содержание кислорода, а следовательно, малое количество оксидных включений, обеспечивает весьма высокие пластические свойства сварных швов как при положительных, так и при отрицательных температурах. Другим важнейшим преимуществом электродов с основным покрытием является наибольшая среди покрытий всех видов стойкость металла шва против образования трещин. Необходимо учесть, что это обеспечивается только при применении электродов с низким содержанием влаги в покрытии. Последнее достижимо при строгом соблюдении предписанной технологии изготовления электродов, особенно в части применяемых пластификаторов и режимов термообработки электродов.
Электроды с покрытием рассматриваемого вида дают возможность выполнять сварку практически во всех пространственных положениях с использованием постоянного тока, главным образом, при обратной полярности (на электроде «+»).
Высокая чистота наплавленного металла по различным вредным включениям и газам позволяет применять эти электроды для сварки ответственных и особо ответственных конструкций из углеродистых и низколегированных сталей. Электроды с дополнительным легированием необходимыми элементами через покрытие применяют для сварки сталей повышенной и высокой прочности, легированных теплоустойчивых сталей, для наплавочных работ.
На базе основных покрытий разработаны многочисленные марки электродов для сварки высоколегированных сталей и сплавов.
Электроды с основным покрытием не лишены недостатков, к которым относят невысокую технологичность, особенно в услови-
| Таблица 16. Содержание газов в наплавленном металле | |||||
| Вид электродного покрытия | Водород, мл/100г металла | Углерод, кислород и азот, % | |||
| [нПиф | [Н]0ап | [С] | [0]пбщ | ||
| Кислое | 5 15 | 8-12 | 0,08-0,09 | 0,08-0,12 | 0,02-0,03 |
| Рутиловое и ильменитовое | 20-30 | 7-15 | 0,08-0,12 | 0.06 0,10 | 0,01-0,02 |
| Целлюлозное | 30 45 | 12-18 | 0,10-0,14 | 0,03-0,07 | 0,01-0,02 |
| Основное | 1-10 | 2-7 | 0,05-0,08 | 0,02-0,06 | 0,01-0,015 |
| * Определение по методике Международного института сварки. |
| Таблица 17. Влияние вида электродного покрытия на общее содержание и состав неметаллических иключений в наплавленном металле | ||||||
| Вид электродного покрытия | [Mn]/[Si] | Общее содержание оксидов, мае. % | Состав оксидов, % | |||
| МпО | Si(>2 | А1203 | FeO | |||
| Кислое | 1-2 | 0,08-0,17 | 20-45 | 45-75 | 1-5 | 1 -5 |
| Рутиловое и ильменитовое | 2-6 | 0,06-0,13 | 5- 20 | 45 75 | 5-15 | 1-6 |
| Целлюлозное | 3-5 | 0,05-0,14 | 15-35 | 30-50 | - | 7-20 |
| Основное | 4-8 | 0,02-0,05 | 25-35 | 20-30 | 5-10 | 25 35 |
| Таблица 18. Общее содержание фосфора и серы, а также характеристика сульфидных включений фазы в наплавленном металле и их форма (стержень Св-08А) | ||||
| Вид электродного покрытия | Содержание в наплавленном металле, % | Сульфидная фаза | ||
| Р | S | Сфероидальная и полигональная | Цепочки и пленки | |
| Кислое | 0,025-0,040 | 0,025-0,045 | Крупные (более 5 мкм) | Есть |
| Рутиловое и ильменитовое | 0,020-0,035 | 0,020-0,035 | Средине 3-5 мкм | Редко встречаются |
| Целлюлозное | 0.015-0,030 | 0,020-0,030 | ||
| Основное | 0,010-0,020 | 0,010-0,020 | Мелкие (не более 3 мкм) | Нет |
| Таблица 19. Характеристики вязкопластических свойств металла шва | |||||||
| Вид электродного покрытия | Относительное удлинение 85, % | Попереч ное сужение (р,% | Ударная вязкость (образец с круглым надрезом), Дж/см2, при температуре, °С | Температура перехода в хрупкое состояние, °С | |||
| 20 | -20 | -40 | -60 | ||||
| Кислое | 16-20 | 45-55 | 60- 100 | 30- 70 | - | - | + 15-0 |
| Рутиловое и ильмени говое | 18-30 | 50-60 | 80- 180 | 50- 80 | 25- 60 | - | +10- -15 |
| Целлюлозное | 16-25 | 55-65 | 80 150 | 60- 90 | 30- 70 | - | + 10- 20 |
| Основное | 22-35 | 60-70 | 150- 250 | 100- 180 | 60- 100 | 30- 80 | -20 - -70 |
ях поточного производства; чувствительность к порообразованию при сварке, требующую особой тщательности при их хранении, транспортировке, подготовке к использованию, безусловного выполнения предписаний по чистоте и влажности свариваемых кромок; сложность при сварке на переменном токе.
Показатели, характеризующие свойства металла шва, выполняемого электродами общего назначения с покрытиями разных видов, приведены в табл. 16-19 [9].
msd.com.ua
