Зварювальні електроди

електроди виготовляються з електропровідного матеріалу і призначені для підведення електричного струму до місця зварювання. Види електродів:

• металеві - сталеві, чавунні, мідні, латунні, вольфрамові, бронзові та ін .;
• плавляться металеві електроди - покриті і комбіновані електроди, зварювальні пластини і стрічки суцільного перетину;
• плавляться металеві електроди - електродні стрижні з вольфраму, електроди для контактного зварювання;
• неметалеві (Плавляться) - вугільні і графітові електроди.

Покриті електроди для ручного дугового зварювання

Покриті електроди для ручного зварювання являють собою стрижні довжиною, як правило, від 250 до 700 мм, виготовлені з зварювального дроту з нанесеним на неї шаром покриття. Один з кінців електрода довжиною 20-30 мм не має покриття для його кріплення в електродотримачі.

Довжина електрода залежить від його діаметра і хімічного складу стрижня. Наприклад, стрижні малого діаметра, що складаються з високолегованих сталей, робляться коротшими, щоб зменшити електричний опір (і нагрів) при зварюванні, а стрижні малого діаметра з низьковуглецевих сталей мають високу електропровідність і, отже, можуть бути довгими.



Зварювальні електроди повинні забезпечувати:

• стійке горіння дуги, рівномірне плавлення металу і стабільний перенесення його в зварювальну ванну;
• достатній захист розплавленого електродного металу і металу зварювальної ванни від повітря;
• отримання металу шва необхідного хімічного складу і механічних властивостей;
• хороше формування шва, мінімальні втрати на угар і розбризкування;
• можливо високу продуктивність процесу зварювання;
• хорошу віддільність і легку удаляемость шлаку з поверхні шва;
• достатню стійкість покриттів проти механічних пошкоджень (осипання, відколювання при відносно легких ударах, в процесі нагрівання електрода при зварюванні та ін.) і неприпустимість різкого погіршення властивостей в процесі зберігання;
• мінімальну токсичність газів, що виділяються при зварюванні, дотримання санітарно-гігієнічних норм.

Дані вимоги забезпечуються завдяки підбору компонентів покриття електрода. Речовини, з яких складається покриття, можна розділити на наступні групи.

газоутворюючі компоненти забезпечують газову захист зони зварювання від повітря. При нагріванні вони розкладаються з виділенням газів, які витісняють повітря. Як газообразующих компонентів зазвичай виступають вводяться в покриття мінерали (мармур, магнезит) або органічні речовини (мука, крохмаль, декстрин).

шлакоутворювальні компоненти забезпечують шлакову захист розплавленого і кристалізується металу від повітря. При розплавленні вони утворюють шлак, який спливає на поверхню зварювальної ванни. Шлаком також покриті краплі електродного металу. Шлакоутворювальні компоненти (кислі оксиди SiO2, TiO2, Al2O3- основні оксиди CaO, MnO, MgO- галогени CaF2) містяться в мармурі, граніті, гематит, кварцовому піску, рудах, ільменітовому і рутилового концентраті.

розкислюючі компоненти дозволяють відновити частину металу, що знаходиться в зварювальної ванні у вигляді оксидів. До них відносяться залізовмісні сполуки - феромарганець, ферротитан і феросиліцій.

стабілізуючі компоненти забезпечують стабільне горіння дуги за рахунок присутності в них елементів з низьким потенціалом іонізації - натрію, калію, кальцію і ін. Останні містяться в мармурі, крейді, польовому шпату, кальцинованої соді, поташ та інших речовинах.

легуючі компоненти надають металу шва додаткові властивості, наприклад, підвищену міцність, корозійну стійкість і ін. Додаються в покриття у вигляді залізовмісних сплавів - ферохрому, ферротитана, феррованадия. Основним способом легування металу шва є легування через стрижень електрода, додатковим - через покриття.

сполучні компоненти пов`язують порошкові матеріали покриття в однорідну масу. Найчастіше в якості сполучних використовується натриевое (Na2Si02) або калиевое (K2Si02) рідке скло. Після висихання воно цементує покриття. Для поліпшення формувальних властивостей покриття в його склад вводяться пластифікатори - бентоніт, каолін, декстрин, слюда.

Додавання в покриття залізного порошку (До 60 від маси покриття) дозволяє підвищити продуктивність зварювання.

Деякі матеріали покриття виконують кілька функцій. Наприклад, мармур є газообразующую, шлакоутворюючих і стабілізуючим мінералом.

Покриття зварювальних електродів

Електродні покриття можуть створюватися по-різному. В одних можливо переважання газообразующих компонентів, в інших - шлакообразующих. Як газообразующих компонентів можуть застосовуватися мінерали або органічні сполуки. Виведення з металу шва водню може здійснюватися за допомогою фтору або кисню. У різного ступеня може виконуватися очистка металу шва від небажаних включень, в тому числі від фосфору і сірки.

Залежно від використовуваного підходу виділяють чотири базових типу покриття.

кисле покриття (Позначається по ГОСТ 9466-75 буквою «А») Створюється на основі матеріалів рудного походження. Як шлакообразующих компонентів використовуються оксиди, газообразующих - органічні складові. При плавленні покриття в розплавленому металі і в зоні горіння дуги виділяється велика кількість кисню. Тому в покриття додають багато раскислителей - марганцю і кремнію.

Переваги кислого покриття електродів:

• низька схильність до утворення пір при подовженні дуги і при зварюванні металу з окалиною і іржавими крайками;
• висока продуктивність зварювання за рахунок виділення теплоти при окислювальних реакціях;
• стабільне горіння дуги при зварюванні на постійному і змінному струмі.

До недоліків цього покриття відносяться знижені пластичність і ударна в`язкість металу шва, що пов`язано з неможливістю легування шва через окислення легуючих добавок. Зважаючи на відсутність в покритті кальцію в металі шва присутні сірка і фосфор, що підвищують ймовірність утворення кристалізаційних тріщин. Одним з головних недоліків даного покриття є виділення великої кількості шкідливих домішок внаслідок підвищеного вмісту в аерозолях з`єднань марганцю і кремнію. Тому зварювальні електроди з кислим покриттям використовуються останнім часом рідко.

Область застосування електродів з кислим покриттям - зварювання невідповідальних конструкцій з низьковуглецевих сталей.

Основне покриття (Позначається по ГОСТ 9466-75 буквою «Б») Створюється на основі фтористих з`єднань (плавиковий шпат CaF2), а також карбонатів кальцію і магнію (мармур CaCO3, магнезит MgCO3 і доломіт CaMg (CO3) 2). Газовий захист здійснюється за рахунок вуглекислого газу, який виділяється при розкладанні карбонатів:

CaCO3 → CaO + CO2

За допомогою кальцію метал шва добре очищається від сірки і фосфору. Фтор вводиться в обмежених кількостях (щоб зберегти стабільність горіння дуги) і пов`язує водень і пари води в термічні стійкі сполуки:

CaF2 + H2O → CaO + 2HF
2CaF2 + 3SiO2 → 2CaSiO3 + SiF4
SiF4 + 3H → SiF + 3HF

Через низький вміст водню в металі шва зварювальні електроди з основним покриттям також називають «нізководороднимі».

Переваги основного покриття електродів:

• низька ймовірність утворення кристалізаційних тріщин, висока пластичність і ударна в`язкість металу шва, обумовлені малим вмістом в наплавленого металу кисню і водню, а також його хорошим рафинированием;
• висока стійкість проти хладноломкости - появі або зростанню крихкості з пониженням температури;
• широкі можливості легування через низьку окислювальної здатності покриттів;
• менша токсичність в порівнянні з кислими покриттями;
• підвищений коефіцієнт наплавлення при введенні залізного порошку.

Недоліки основного покриття:

• схильність до утворення пір при збільшенні довжини дуги, підвищенні вологості покриття, наявності іржі та окалини на зварюваних кромках, що вимагає більш високої кваліфікації зварника, а також необхідності в попередньому очищенні крайок і прокалке електродів перед сваркой-
• більш низька стійкість горіння дуги через фтору, що має високий потенціал іонізації, в зв`язку з чим зварювання електродами з основним покриттям зазвичай виконують короткою дугою на постійному струмі зворотної полярності.

Область застосування електродів з основним покриттям:

• зварювання відповідальних конструкцій з вуглецевих сталей, що працюють при знакозмінних навантаженнях або негативних температурах до -70 ° C;
• зварювання конструкційних, жароміцних, корозійностійких, окаліностойкость, а також інших спеціальних сталей і сплавів;
• зварювання легованих сталей.

У зв`язку з присутністю в аерозолях фтористих з`єднань при зварюванні в закритому приміщенні необхідно забезпечення якісної вентиляції повітря, а сварщикам рекомендується працювати із засобами індивідуального захисту дихальних органів або з подачею чистого повітря в зону дихання.

рутилове покриття (Позначається по ГОСТ 9466-75 буквою «Р») Створюється на базі рутилового концентрату TiO2, що забезпечує шлакову захист, а також алюмосиликатов (польовий шпат, слюда, каолін) і карбонатів (мармур, магнезит). Газову захист забезпечують карбонати і органічні сполуки (целюлоза). Як легирующего компонента і раскислителя використовується феромарганець, в деякі покриття вводиться залізний порошок (позначаються по ГОСТ 9466-75 буквами «РЖ»). За допомогою кальцію, присутнього в карбонат CaCO3, з металу шва видаляються сірка і фосфор.

Переваги зварювальних електродів з покриттям рутилу покриттям:

• більш високий коефіцієнт наплавлення при введенні залізного порошку;
• низька токсичність;
• в порівнянні з електродами з основним покриттям - стабільність горіння дуги при зварюванні на постійному і змінному струмі, більш висока стійкість проти утворення пор, краще формування шва з плавним переходом до основного металу, менша чутливість до збільшення довжини дуги, менше коефіцієнт розбризкування металу, більш зручна зварювання у вертикальному і стельовому положеннях (при відсутності в них залізного порошку або його вмісті менше 20).

Недоліки електродів з покриттям рутилу покриттям:

• знижені пластічноcть і ударна в`язкість металу шва через включень SiO2;
• не використовуються для зварювання конструкцій, що працюють при високих температурах;
• в порівнянні з електродами з основним покриттям - менший опір наплавленого металу сірководневого розтріскування, що приводить до руйнування зварних трубопроводів в родовищах з сірководневими соедіненіямі- нижче стійкість проти кристалізаційних трещін- сильніше окислюють легуючі елементи і залізо і тому не використовуються для зварювання середньо- і високолегованих сталей- підвищений вміст фосфору в наплавленого металу і схильність до хладноломкости.

Область застосування зварювальних електродів з покриттям рутилу покриттям:

• зварювання і наплавка відповідальних конструкцій з низьковуглецевих і деяких типів низьколегованих сталей, за винятком конструкцій, що працюють при високих температурах;
• в ряді випадків для зварювання середньовуглецевих сталей, якщо в покритті міститься велика кількість залізного порошку.

целюлозне покриття (Позначається по ГОСТ 9466-75 буквою «Ц») Створюється на основі органічних сполук (до 50) - целюлози, борошна, крохмалю, що забезпечують газову захист. Для шлакової захисту в невеликій кількості застосовуються рутиловий концентрат, мармур, карбонати, алюмосилікати і інші речовини. На звареному шві утворюється тонкий шар шлаку. Легування наплавленого металу виконується легирующими добавками стержня, а також за рахунок додавання в покриття феросплавів і металевих порошків. Як розкислювачі використовують феросплави марганцю. Метал шва за хімічним складом відповідає напівспокійну або спокійній стали.

Переваги зварювальних електродів з целюлозним покриттям:

• якісний проварена кореня шва;
• можливість зварювання у важкодоступних місцях у зв`язку з малою товщиною покриття;
• зварювання у всіх просторових положеннях.

Недоліки целюлозного покриття:

• підвищене розбризкування (до 15) з-за невеликої кількості шлакоутворюючих компонентів і високого поверхневого натягу розплавленого металу;
• підвищену кількість водню в металі шва.

Область застосування електродів з целюлозним покриттям - зварювання першого (важкодоступного) шару неповоротних стиків трубопроводів.

Також використовуються і змішані покриття: Кіслорутіловое (позначається по ГОСТ 9466-75 буквами «АР»), Рутилово-основне (позначається по ГОСТ 9466-75 буквами «РБ»), Рутилово-целюлозне (позначається по ГОСТ 9466-75 буквами «РЦ»), А також інші (позначаються по ГОСТ 9466-75 буквою «П»).

Таблиця. Позначення покриттів зварювальних електродів

Тип зварювального електрода характеризує властивості металу шва. Для конструкційних сталей - це механічні властивості (тимчасовий опір розриву, ударна в`язкість, відносне подовження, кут загину), для легованих сталей із спеціальними властивостями (жароміцні, жаростійкі, корозійностійкі і ін.) - хімічний склад (вміст вуглецю, кремнію, хрому , марганцю, нікелю та інших елементів). Позначення типу електрода (регламентується ГОСТ 9467-75 і ГОСТ 10052-75) містить букву «Е», після якої ставиться тимчасовий опір на розрив delta-В (кг / мм2). Наприклад, «Е46А» означає, що метал, наплавлений цими електродами, має міцність 46 кг / мм2 (460 МПа) і поліпшені пластичні властивості. Для зварювання легованих конструкційних сталей підвищеної та високої міцності тип електрода може бути Е70, Е85, Е100, Е125, Е150.

Приклади позначень типу електрода для зварювання сталей зі спеціальними властивостями:

• «Е09Х2М» - в металі шва міститься приблизно 0,09 вуглецю, 2 хрому, 1 молібдену;
• «Е10Х25Н13Г2Б» - в металі шва міститься приблизно 0,1 вуглецю, 25 хрому, 13 нікелю, 2 марганцю, 1 ніобію.