Главная → Статьи

Покрытые электроды для ручной сварки

Общие сведения об электродах. Покрытые электроды служат для ручной сварки сталей, цветных металлов и их сплавов, чугуна. По объему применения ручная сварка в сварочном производстве стоит на первом месте. Поэтому по объему выпуска покрытые электроды занимают в стране ведущее место. Покрытые электроды представляют собой металлические стержни, на поверхность которых опрессовкой под давлением или просто погружением в раствор наносится покрытие. В настоящее время для нанесения покрытия в основном используется первый способ. В зависимости от материала, из которого изготовлено свариваемое изделие, его назначения к электродам предъявляются определенные требования, которые можно разделить на общие и специальные. Все электроды должны обеспечивать минимальную токсичность при сварке и изготовлении, устойчивое горение дуги, равномерное расплавление электродного стержня и покрытия, хорошее формирование шва, получение металла шва требуемого химического состава и свойств, высокую производительность при небольших потерях электродного металла на угар и разбрызгивание, сохранение технологических и физико-химических свойств в течение определенного времени, получение металла шва, свободного от дефектов, достаточную прочность покрытия, легкую отделимость шлаковой корки от поверхности шва. К специальным требованиям относится получение металла шва с определенными свойствами — окалино-стойкость, жаропрочность, коррозионная стойкость, износостойкость, повышенная прочность; получение швов с заданной формой — глубокий провар, вогнутая поверхность шва; возможность сварки определенным способом—опиранием вертикальных швов сверху вниз, во всех пространственных положениях.

Шлаки, образующиеся при плавлении электродных покрытий, разделяют на длинные и короткие. В длинны* шлаках возрастание вязкости при понижении температуры происходит медленно, Такие шлаки в своем соста-. ве имеют значительное количество кремнезема, Покрытые электроды, образующие при плавлении длинные Щлаки, не применяют для сварки в вертикальном и потолочном положениях, так как сварочная ванна длительное время будет находиться в жидком состоянии. Для сварки во всех пространственных положениях пользуются электродами с короткими шлаками, у которых возрастание вязкости с понижением температуры происходит быстро. Закристаллизовавшийся шлак препятствует стеканию металла шва, находящегося еще в жидком состоянии. Наиболее короткие шлаки имеют электроды с рутиловым и основным покрытиями. На размер капель электродного металла в дуговом промежутке и формирование швов значительное влияние оказывает поверхностное натяжение сварочных шлаков. Для получения’ хорошей отделимости шлаковой корки от поверхности металла шлаки должны иметь коэффициент линейного расширения, отличный от коэффициента линейного расширения металла.

В зависимости от толщины покрытия делятся на качественные (толстые) и стабилизирующие (тонкие). Качественное покрытие имеет толщину 0,5—2,5 мм и составляет 20—40% массы электродного стержня, а с железным порошком — соответственно 3,5 мм и 50%. Электроды с качественным покрытием используют для получения металла шва высокого качества, не уступающего по своим свойствам основному металлу. Электроды со стабилизирующим покрытием (толщина покрытия 0,1—0,3 мм) повышают устойчивость горения дуги, не влияя почти на качество наплавляемого металла. Поэтому электроды с таким покрытием в настоящее время почти не применяются. Для удовлетворения требований, предъявляемых к электродам, используют электродные стержни соответствующего состава, а в покрытия вводят материалы специального назначения. Эти материалы делятся на несколько групп.

Шлакообразующие вещества (плавиковый и полевой шпат, ильменитовый и рутиловый концентраты, мрамор, марганцевая руда, магнезит, гематит, каолин, слюда, кремнезем) составляют основную часть большинства покрытий. При расплавлении они образуют шлак, который защищает капли расплавленного металла и сварочную ванну от непосредственного контакта с газами окружающей среды.

Газообразующие вещества (органические вещества — крахмал, декстрин, оксицеллюлоза; карбонаты мрамора, доломита, мела, известняка, магнезита), разлагаясь при нагревании, образуют газы, которые оттесняют воздух оТ дугового промежутка и обеспечивают защиту расплавленного металла.

Стабилизирующие вещества (силикаты натрия и калия, кальцинированная сода, мел, мрамор, углекислый барий, поташ, полевой шпат) предназначены для обеспечения устойчивого горения дуги благодаря низкому потенциалу ионизации и малой работе выхода электронов.

Раскисляющие вещества (ферромарганец, ферроти-тан, ферросилиций, алюминий, графит, легирующие элементы электродного стержня из легированной стали) раскисляют — восстанавливают находящиеся в расплавленном металле окислы, образовавшиеся на определенных этапах процесса сварки, когда расплавленный металл контактирует с атмосферой дуги, шлаком и воздухом. Раскислители имеют большее, чем железо, сходство с кислородом и другими элементами, окислы которых требуется удалить из металла шва. Соединяясь с кислородом, они образуют окислы, которые всплывают на поверхность сварочной ванны. Это обеспечивает получение сварного шва высокого качества.

Легирующие вещества (марганец, хром, молибден, вольфрам, титан, бор, ниобий, никель, кремний и другие) вводят в электродное покрытие для получения повышенной прочности, коррозионной стойкости, износостойкости и других специальных свойств металла шва. Легирование осуществляется также и через электродную проволоку.

Связующие вещества (натриевое, калиевое, натрие-во-калиевое жидкое стекло, лаки, порошкообразные пластмассы) связывают порошковые материалы покрытия в однородную, достаточно вязкую массу и цементируют покрытие на электродном стержне таким образом, чтобы после высыхания оно имело нужную прочность. В покрытие вводятся также пластификаторы (каолин, бентонит, карбоксилметилцеллюлоза, слюда, тальк, целлюлоза), улучшающие формирование покрытия на электродном стержне.

В покрытии есть и многофункциональные вещества, ферросплавы являются одновременно раскислителя-ми и легирующими веществами; мрамор, доломит и магнезит— шлако- и газообразующими; полевой шпат.жидкое стекло, слюда — шлакообразующими и стабилизаторами.

Классификация электродов. Покрытые электроды для ручной сварки классифицируют по назначению (для сварки стали, алюминия, чугуна, наплавочных работ и т. п.), типу покрытия (рутиловые, основные, целлюлозные, смешанные и прочие), механическим свойствам металла шва, способу нанесения покрытия (опрессовка, окунание), толщине покрытия (с тонким — условное обозначение — М, средним — С, толстым — Д, особо толстым— Г), допустимым пространственным положениям сварки и наплавки: для всех положений (условное обозначение— 1), для всех, кроме вертикального сверху вниз (2), нижнего, горизонтального на вертикальной плоскости и вертикального снизу вверх (3), нижнего и нижнего «в лодочку» (4). Подразделяют электроды также по роду тока (постоянный, переменный), его полярности (прямая, обратная, любая) и номинальному напряжению холостого хода используемого источника сварочной дуги переменного тока частотой 50 Гц.

Рутиловое покрытие (условное обозначение Р) содержит значительное количество титановых соединений (рутил, титановый концентрат, ильменит), создающих шлаковую защиту, а газовая защита обеспечивается целлюлозой, мрамором, мелом, декстрином. Раскисление и легирование производится ферромарганцем. Электроды с рутиловым покрытием обладают хорошими свароч-но-технологическими свойствами — дуга горит стабильно на переменном и постоянном токе любой полярности, хорошо формируется шов с плавным переходом к основному металлу, легко отделяется шлаковая корка, потери металла на разбрызгивание небольшие. Металл шва мало склонен к образованию пор при сварке ржавого, влажного и окисленного металла, при колебаниях длины дуги. Технологические свойства электродов зависят также от толщины покрытия. По технологическим свойствам и содержанию железного порошка в покрытии электроды разделяют на три группы: для сварки в любом положении; для сварки в любом, но преимущественно в нижнем; для сварки в нижнем и наклонном положениях. Основное назначение электродов первой группы—сварка металлов средней толщины (3—12 мм) в монтажных и заводских условиях, где преобладают короткие и криволинейные швы, расположенные в различ-

НЫХ Пространственных положениях. Применение электродов второй группы наиболее эффективно в заводских условиях, где большинство швов сваривают в нижнем положении. Рекомендуется использовать их для сварки швов большой протяженности с большим катетом при толщине основного металла 10—20 мм. Электроды третьей группы содержат большое количество железного порошка в покрытии и обеспечивают высокую производительность. Они целесообразны для сварки швов большой протяженности в нижнем и наклонном положениях в заводских условиях. Рутиловое покрытие имеют электроды MP-3, АНО-1, АНО-3, АНО-4, АНО-5, АНО-12, ОЗС-З, ОЗС-4, ОЗС-6 и др. Металл, наплавленный рути-ловыми электродами, соответствует полуспокойной или спокойной стали. Высокие сварочно-технологические свойства, механические свойства металла шва и благоприятные санитарно-гигиенические характеристики электродов с рутиловым покрытием обеспечили им большое распространение в различных отраслях народного хозяйства.

Основное покрытие (Б) в качестве шлакообразующей основы имеет плавиковый шпат и карбонаты кальция и магния (мел, магнезит, мрамор). Газовая защита обеспечивается углекислым газом, образующимся при разложении карбонатов. Металл, наплавленный электродами с таким покрытием, по химическому составу соответствует спокойной стали, обладает минимальным содержанием азота и кислорода, высокими показателями ударной вязкости как при положительной, так и отрицательной температуре, хорошей стойкостью против образования кристаллизационных трещин. Эти электроды особенно целесообразны для сварки металла большой толщины, сталей с повышенным содержанием серы и углерода, жестких конструкций из литых углеродистых, низколегированных и высокопрочных сталей. Сварка производится на постоянном токе обратной полярности.

Создано несколько марок электродов для сварки на переменном токе. В их покрытия введены соединения калия. Недостатком основного покрытия является повышенная чувствительность к порообразованию при удлинении дуги, наличии ржавчины, масла и окалины на свариваемых кромках и увлажнении покрытия.

Кислое покрытие (А) в своем составе имеет значительное количество материалов рудного происхождения, содержащих кислые компоненты (гематит, кремнезем, марганцевая руда, ферромарганец). Ферромарганец вводится в большом количестве для раскисления металла шва и увеличения производительности за счет железа, переходящего из покрытия в металл шва. При нормальной толщине покрытия электроды применяются для сварки во всех пространственных положениях, при большей толщине — только для сварки в нижнем положении. Электроды с кислым покрытием позволяют вести сварку удлиненной дугой, по кромкам с ржавчиной и окалиной, обеспечивая получение швов без пор. Поры могут возникнуть при использовании электродов, прокаленных при повышенной температуре. Сварка производится на переменном и постоянном токе. Однако шлаки, образующиеся при расплавлении кислого покрытия, незначительно снижают содержание серы в металле. Наличие в покрытии значительного количества ферромарганца и окислов железа способствует выделению в зону дыхания сварщика большого количества токсичных соединений марганца. Поэтому выпуск электродов с кислым покрытием резко сократился. Взамен стали применять электроды с рутиловым покрытием.

Целлюлозное покрытие (Ц) в своем составе содержит большое количество органических составляющих (целлюлоза, крахмал, пищевая мука, декстрин), разлагающихся при плавлении электрода и создающих газовую защиту расплавленного металла. Шлакообразую-щими составляющими покрытия являются рутил, карбонаты, марганцевая руда, алюмосиликаты, титановый концентрат. Электроды этой группы имеют покрытие небольшой толщины (15—25%) и образуют при плавлении небольшое количество шлаков, что позволяет применять их для сварки во всех пространственных положениях на переменном и постоянном токе. Благодаря этому электроды с целлюлозным покрытием целесообразно применять на монтаже. Кроме того, они позволяют получить качественный шов при повышенных зазорах. Металл, наплавленный электродами с целлюлозным покрытием, по химическому составу соответствует полуспокойной или спокойной стали. Наибольшее распространение получили электроды с добавкой целлюлозы (ВСЦ), предназначенные для сварки корня шва трубопроводов из низкоуглеродистых и низколегированных сталей. Однако эти электроды не допускают перегрева как при подготовке их к сварке, так и в процессе сварки, который приводит к выгоранию органических составляющих, а следовательно, к изменению химического состава наплавляемого металла в различных участках шва. Другим недостатком этих электродов является потеря до 20 % расплавляемого металла на разбрызгивание.

Существуют покрытия смешанного типа (имеет соответствующее двойное условное обозначение) и прочие покрытия (П). Если в составе покрытия содержится более 20% железного порошка, то к обозначению вида покрытия добавляется буква Ж.

На металлические электроды для ручной дуговой сварки и наплавки в стране действует четыре стандарта. ГОСТ 9466—75 содержит классификацию, размеры, технические требования, правила приемки, методы испытаний, требования к упаковке, маркировке, транспортировке и хранению электродов, гарантии изготовителя и требования безопасности. ГОСТ 9467—75 устанавливает требования к механическим свойствам наплавленного металла и содержанию в нем серы и фосфора, к металлическим покрытым электродам для ручной дуговой сварки углеродистых, низколегированных, легированных конструкционных и легированных теплоустойчивых сталей. Большое разнообразие электродных покрытий не позволило взять их за основу классификации электродов. По указанному стандарту электроды классифицируют по типу, который обозначается буквой Э и цифрами, характеризующими минимально гарантируемое временное сопротивление наплавляемого металла электродами данного типа. Например, тип электродов Э46 и Э50А обозначает, что минимальное, временное сопротивление соответственно равно 460 и 500 МПа. Буква А указывает, на то, что электрод данного типа обеспечивает более высокие пластические свойства наплавленного металла по сравнению с электродами этого типа без буквы А. Электроды для сварки теплоустойчивых сталей классифицируются по химическому составу и механическим свойствам наплавленного металла. К основным химическим элементам, кроме углерода, относят только те легирующие элементы, которые определяют уровень механических свойств наплавленного металла. Кремний и марганец относят к основным химическим элементам, если среднее их содержание в наплавленном металле превышает 0,8 % • При среднем содержании основного химического элемента в наплавленном металле менее 0,8 % число за буквенным выражением химического элемента не ставят. Химические элементы, входящие в наплавленный металл имеют следующее обозначение: Б — ниобий, В — вольфрам, Г — марганец, Д — медь, М — молибден, Н — никель, С — кремний, Т — титан, Ф — ванадий, X — хром, Ю —алюминий. Например, при использовании электродов типа Э-10Х5МФ для сварки теплоустойчивых сталей в наплавленном металле гарантируется содержание углерода не менее 0,1%, хрома — не менее 5% и не менее 0,8% молибдена и ванадия.

Тип электродов регламентирует также ГОСТ 10052—75, который устанавливает требования к электродам для сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами и распространяется на электроды для ручной дуговой сварки коррозионностойких, жаропрочных и жаростойких высоколегированных сталей мартен-ситного, мартенситно-ферритного, ферритного, аустенит-но-ферритного, аустенитно-мартенситного и аустенитно-го классов. ГОСТ 10051—75 определяет требования к электродам для ручной дуговой наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами. Тип электродов зависит от химического состава наплавленного металла и его твердости при нормальной температуре. Система обозначения типа электродов в указанных стандартах за некоторыми изменениями аналогична системе, принятой в ГОСТ 9467—75 для теплоустойчивых сталей. В типе электродов по ГОСТ 10052—75 цифры, указывающие на содержание химического элемента, не проставляют, если элементов в наплавленном металле в среднем содержится менее 1,5%. При среднем содержании кремния до 0,8 и марганца до 1,6% их условные обозначения не проставляют. В ГОСТ 10051—75 буквы ЭН обозначают «электрод наплавочный». При наличии условного обозначения углерода (У) его содержание в наплавленном металле составляет десятые доли процента. Если количество углерода исчисляется сотыми долями процента, букву У не ставят. Цифра после условного обозначения элемента указывает на содержание этого элемента в процентах, а цифра после условного обозначения типа электрода — на твердость наплавленного элемента.

Наряду с типами электроды различают еще по маркам, которые указываются в паспорте на электроды. Одному типу могут соответствовать электроды нескольких марок. Например, типу Э42А соответствуют электроды УОНИ-13/45 и СМ-11; Э50А — АНО-7 и УОНИ-13/55.

Условное обозначение электродов приведено на рис. 18.

Характеристики плавления электродов. Основными характеристиками процесса плавления электрода является скорость плавления и относительные потери электродного металла при сварке из-за разбрызгивания, испарения и окисления. В диапазоне обычных режимов дуговой сварки скорость плавления электрода можно принять пропорциональной силе тока и ввести коэффициенты расхода электродов и наплавки, представляющие отнесенные к единице силы тока скорости (производительности) процессов плавления электрода и наплавления металла. Поэтому для характеристики процесса плавления электрода применяются коэффициенты плавления (расплавления), наплавки и потерь.

Коэффициент плавления зависит от силы сварочного тока, но эта зависимость заметно проявляется лишь при большой плотности тока. Большое влияние на этот коэффициент оказывают условия передачи теплоты источника металлу электрода. При прочих равных условиях скорость плавления электрода при дуговой сварке зависит от положения анодного пятна на торце электрода (рис. 19). Если пятно расположено, как показано на рис. 19,а, условия теплопередачи менее благоприятны, чем при расположении его по схеме, показанной на рис. 19,6, при этом скорость плавления должна быть меньше.

Рис. 18. Схема условного обозначения электродов
1 — тип электрода; 2 — марка электрода; 3 — диаметр электрода; 4 — назначение — для сварки углеродистых и низколегированных сталей условное обозначение У, легированных конструкционных — Л, легированных теплоустойчивых — Т, высоколегированных с особыми свойствами — В. для наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами — Н; 5 — толщина покрытия (М, С, Д, Г); 6 — группы по качеству; 7 — группа индексов, характеризующих наплавленный металл и металл шва по временному сопротивлению, относительному удлинению и минимальной температуре, при которой ударная вязкость составляет не менее 35 Дж/см2; 8 — вид покрытия; 9 — пространственное положение сварки; 10 — условное обозначение по роду тока, полярности, номинальному напряжению холостого хода; 11 — ГОСТ 9466—75; 12 — номер стандарта, определяющего требования к рассматриваемому типу электродов (ГОСТ 9467—75, ГОСТ 10051—75, ГОСТ 10052—75).

Рис. 19. Расположение анодного пятна на торце электрода

В отличие от коэффициента плавления, зависящего в основном от энергетических характеристик сварочной дуги, на коэффициент потерь влияет много других факторов. Это, прежде всего, металлургические процессы сварки, которые сказываются на потерях металла за счет его окисления; стабильность процесса и особенности отрыва и переноса капель через дуговой промежуток, определяющие степень разбрызгивания металла; технологические условия, от которых зависит возможность и степень разлета брызг и капель из зоны сварки. Поэтому причинами разбрызгивания являются: разрушение мостика жидкого металла, образующегося при переносе жидкого металла в результате резкого увеличения плотности тока при сужении перемычки (степень разбрызгивания при коротких замыканиях в значительной мере зависит от динамических характеристик источника тока); нестабильный характер переноса металла, когда сила тока, отрывающая каплю от электрода, направлена в сторону от ванны и капля выбрасывается за ее пределы; нестабильность переноса может быть вызвана условиями развития дугового разряда и металлургическими факторами, в частности интенсивным протеканием химических реакций; местное взрывообразное выделение газов в объеме металла, вызываемое металлургическими процессами и приводящее к выбросу частиц металла из капель или ванны. Потери металла на испарение определяются той его частью, которая не сконденсировалась в ванне из-за изменения направления потока паров, идущих в ванну, и при нормальном протекании процесса составляют около 0,5%.

Ваш отзыв