Покрытие сварочных электродов

Покрытие электрода в действии: 1 — дуга, 2 — электрод, 3 — свариваемый металл, 4 — сварочная ванна, 5 — капли расплавленного электрода, 6 — покрытие, 7 — газовое облако, 8 — шлаковая ванна, 9 — сварочный шов, 10 — шлаковая корка.

Стабилизация дугового разряда

Стабильность сварочной дуги достигается введением в покрытие электродов веществ, обладающих малой величиной потенциала ионизации, благодаря чему происходит насыщение дугового пространства ионами, необходимыми для устойчивого горения дуги. В качестве таких веществ применяются мел, поташ, титановый концентрат, калиевое и натриевое жидкое стекло, углекислый барий и др. Только стабилизирующие (тонкообмазанные) покрытия называют иногда ионизирующими.

Обеспечение необходимых характеристик шва

Чтобы сварной шов получился требуемого качества, в состав покрытия вводится большое количество компонентов, служащих для выполнения самых различных задач. Основные из них следующие:

  • Защита зоны сварки от азота, кислорода и водорода (водорода в составе паров воды), содержащихся в воздухе. Защитные компоненты покрытия создают на пути атмосферных газов два барьера — газовое облако, состоящее из углекислого газа, окиси углерода и прочих газов, и шлаковый слой сложного состава, плавающий на поверхности расплавленного металла. К газообразующим компонентам относятся крахмал, древесная зола, хлопчатобумажная пряжа, пищевая мука, декстрин, целлюлоза. К шлакообразующим — титановый концентрат, каолин, марганцевая руда, мел, мрамор, кварцевый песок. Шлак не только защищает сварочную ванну от вредных газов, но и снижает скорость охлаждения и кристаллизации металла, способствуя тем самым более полному выходу из него газов и вредных включений.
  • Раскисление расплавленного металла. т. е. удаление из него кислорода путем его связывания. В качестве раскислителей выступают вещества, которые легко (легче, чем железо) вступают в реакцию с кислородом. Это такие металлы, как молибден, титан, хром, алюминий, входящие в состав покрытия в форме ферросплавов.
  • Легирование металла шва с целью улучшения его физических, механических и химических свойств. Эту функцию выполняют в основном хром, молибден, марганец, кремний, ниобий, титан — в виде чистых металлов или ферросплавов. Легирование шва может выполняться также с помощью присадочной проволоки.
  • Связывание всех компонентов. входящих в покрытие, друг с другом, а всего покрытия в целом — со стержнем электрода. Основным связующим веществом является натриевое (силикат натрия) или калиевое жидкое стекло, которое выполняет одновременно и функцию стабилизации дуги. Жидкое стекло (силикатный клей), кстати сказать, является веществом, которое входит в покрытие электродов всех типов — настолько удачным оказалось соединение в нем связующих и стабилизирующих качеств.

Важен не только химический состав, но и физические свойства покрытия, в частности, температура его плавления. Она не имеет строго определенного значения, поскольку покрытие является многокомпонентным. Обычно её значение варьируется в пределах 1100-1200°С.

Виды, состав и характеристика различных типов покрытий электродов

Плавящиеся электроды

Плавящийся электрод для сварки: 1 — стержень, 2 — участок перехода, 3 — марка электрода, 4 — покрытие.

Толщина. В соответствии с ГОСТ 9466-75, по толщине, определяемой отношением наружного диаметра электрода (D) к диаметру его стержня (d), покрытия подразделяются на следующие типы в зависимости от отношения D/d:

  • тонкие — D/d < 1,2 — (обозначается буквой «М»);
  • средние — 1,2 < D/d < 1,45 — («С»);
  • толстые — 1,45 < D/d < 1,8 — («Д»);
  • особо толстые — D/d > 1,8 — («Г»).

Химический состав. В зависимости от химического состава различают следующие виды покрытий электродов:

  • кислое — обозначается А (А);
  • основное — Б (B);
  • целлюлозное — Ц (C);
  • рутиловое — Р (R);
  • смешанного типа — (RB, RA, RC и пр.);
  • прочие виды покрытий — П.

В скобках приведены обозначения по европейскому стандарту DIN EN 499 (C — cellulose, A — acid, R — rutile, B — basic). Встречающееся иногда обозначение RR означает «рутиловое толстое».

Кислые покрытия. Кислые покрытия, состоящие в основном из железной и марганцевой руды (оксидов железа и марганца), выделяют в дугу большое количество кислорода, который повышает ее температуру и снижает поверхностное натяжение расплавленного металла, делая его очень текучим. Это дает возможность увеличивать скорости сварки, но одновременно повышает опасность подрезов. Кроме этого, наличие в покрытии токсичных оксидов марганца делает сварку такими электродами небезопасной для здоровья сварщика. Поэтому чисто кислые покрытия используются в наше время ограничено. Их заменили смешанные рутилово-кислые (RA).

Рутиловые покрытия. Рутиловые покрытия состоят преимущественно из природного концентрата рутила (двуокиси титана TiO2 ), кремнезема (гранита, полевого шпата, слюды), карбонатов кальция и магния, ферромарганца. Электроды с рутиловым покрытием обеспечивают переход металла стержня в ванну малыми или средними каплями и характеризуются спокойным расплавлением с небольшим количеством брызг. Шов имеет тонкий рисунок, шлак легко отделяется от металла шва.

Очень важной особенностью электродов с рутиловым покрытием является легкость повторного зажигания дуги, обусловленная наличием TiO2. При этом не требуется даже удалять пленку в кратере электрода, поскольку она (при достаточно высоком содержании TiO2 ) обладает проводимостью полупроводника и обеспечивает зажигание дуги без соприкосновения стержня с основным металлом. Это достоинство рутиловых покрытий создает большое удобство при работе короткими швами, когда требуется часто прерывать дугу.

Электрод с рутиловым покрытием: 1 — металлический стержень, 2 — рутиловое покрытие, 3 — шлаковая пленка в кратере электрода, 4 — изделие.

Рутиловые покрытия менее вредны для здоровья сварщика, чем другие.

Помимо чисто рутиловых покрытий, широко распространены смешанные: рутилово-целлюлозный тип (RC), рутилово-основной (RB), рутилово-кислый (RA), которые также обладают хорошими технологическими свойствами. Электродами с чисто рутиловыми и смешанными покрытиями (МР-3, АНО-21, АНО-4, ОЗС-6 и пр.) можно варить швы практически любого положения.

Основные покрытия. Покрытия основного типа состоят преимущественно из карбонатов магния и кальция (доломит, мрамор, магнезит). К ним добавляют в качестве разбавителя шлака плавиковый шпат (CaF2 ). Последний ухудшает работу при переменном токе, поэтому электроды с чисто основным покрытием предназначены для работы только на постоянном токе. Однако смешанные типы, имеющие меньшее содержание плавикового шпата, можно использовать и для работы с переменным током. Перенос металла в сварочную ванну происходит средними и крупными каплями, расплавленный металл получается вязкотекучим.

В отличие от прочих покрытий, образующаяся газозащитная среда минерального происхождения, состоящая в основном из СО и СО2. лишена водорода, приводящего к образованию холодных трещин в наплавленном металле. Из-за низкого содержания водорода, на базе основного покрытия изготавливают так называемые низководородные покрытия электродов.

Металл шва, сваренного электродами с основным покрытием, обладает повышенной пластичностью. Этими электродами сваривают ответственные конструкции.

Электродами с основным покрытием можно выполнять швы любого пространственного положения, однако из-за повышенной вязкости металла, швы получаются выпуклыми и грубоватыми.

Покрытия основного типа обладают повышенной гигроскопичностью, поэтому хранить их нужно в сухости. Основное покрытие имеют такие популярные электроды, как УОНИ 13/45 и УОНИ 13/55.

Целлюлозные покрытия. Целлюлозные покрытия состоят из целлюлозы, органических смол, ферросплавов, талька и прочих веществ. Главной особенностью сгорания в дуге покрытий с органическими веществами является образование большого количества защитных газов, и очень малого — шлака. Это делает их удобными для сварки вертикальных швов (шлак не стекает вниз).

К недостаткам электродов с целлюлозным покрытием относится значительное количество брызг при сварке и пониженная пластичность металла шва, обусловленная большим (относительно других покрытий) количеством водорода, образующегося при сгорании органических компонентов.

Покрытия с железным порошком. Иногда в покрытие вводят железный порошок. Электроды с железным порошком обеспечивают повышенную производительность труда, отчего их и называют иногда «высокопроизводительными электродами». Железный порошок повышает проплавляющую способность сварочной дуги и обеспечивает качественную сварку стыковых соединений с нерегулярными или повышенными зазорами — даже при отсутствии подкладок. Кроме того, он улучшает повторное зажигание дуги.

Если покрытие содержит более 20% железного порошка, в его обозначение дополнительно вводится буква Ж. Например, обозначение РЖ означает — «рутиловое с железным порошком». В качестве примера электрода с железным порошком в покрытии можно привести АНО-1.

Влажность покрытия электродов

Очень вредное воздействие на качество сварных соединений оказывает водород, приводящий к холодным трещинам в металле шва. Одним из главных поставщиков водорода является вода, в большом количестве содержащаяся во влажных электродах. С целью удаления влаги электроды перед использованием рекомендуется прокаливать. К слову сказать, вода отрицательно влияет и на стабильность дуги, именно поэтому сырые электроды плохо горят. Таким образом, прокаливая электроды перед использованием, достигают двойного эффекта — улучшают качество сварного шва и повышают устойчивость горения дуги.

Электроды с пониженным содержанием водорода в покрытии используются для сваривания ответственных конструкций из сталей с контролируемой вязкостью металла, в частности, корпусов судов.

Обозначение покрытий

В обозначении электродов указывается тип покрытия и его толщина. В дополнение к этим параметрам указывается также информация о возможных пространственных положениях шва и роде тока, которые в большой степени обуславливаются составом покрытия.