Состав и функции покрытия электродов

Покрытый электрод представляет собой металлический стержень, на поверхность которого методом окунания или опрессовки под давлением нанесено специальное покрытие.

Общие требования, предъявляемые к электродам всех типов:

– получение металла шва определенного химического состава и свойств, свободного от дефектов;

– обеспечение устойчивого горения дуги;

– спокойное и равномерное плавление электродного стержня и покрытия в процессе сварки;

– минимальные потери электродного материала от угара и разбрызгивания;

– хорошее формирование поверхности шва;

– лёгкая отделяемость шлаковой корки от поверхности шва;

– высокая производительность сварки;

– достаточная прочность покрытия;

– сохранение физико-химических и технологических свойств электродов в течение определенного промежутка времени;

– минимальная токсичность.

К электродам могут быть предъявлены специальные требования:

а) получение швов заданной формы (выгнутая поверхность, глубокий провар и т.д.);

б) возможность сварки в различных пространственных положениях;

в) получение металла шва со специальными свойствами (повышенной прочности, износостойкости, коррозионной стойкости, жаропрочности, окалиностойкости и т.д.).

Металлургическими функциями покрытия являются:

· защита и ограничение зоны сварки от газов атмосферы (азота, водорода и кислорода) в результате физико-химического взаимодействия и реакций ограничения и удаления газов и продуктов реакций;

· раскисление металла сварочной ванны;

· легирование металла шва;

· рафинирование металла (удаление серы, фосфора, окисных включений и шлаков).

Для выполнения металлургических функций в покрытие электродов вводят определенные вещества (компоненты), которые определяются как шлакообразующие, газообразующие, раскислители, легирующие, ионизирующие и вяжущие.

Шлакообразующие компоненты – вещества, которые при расплавлении образуют шлаки. К ним относятся: полевой шпат (K–Na–Al ₂ O ₃ –6SiO ₂), гранит (SiO ₂ –Al ₂ O ₃), кварцевый песок (SiO ₂), плавиковый шпат (CaF ₂), титановый концентрат (TiO ₂ –FeO), рутил (TiO ₂), глинозем (Al ₂ O ₃), каолин (Al ₂ O ₃ –SiO ₂), мрамор и мел (CaCO ₃), магнезит (MgCO ₃), гематит (Fe ₂ O ₃), марганцевая руда (MnO) и др.

Газообразующие компоненты – вещества, разлагающиеся с выделением большого объёма газов: мрамор и мел (CaCO ₃), крахмал, декстрин и целлюлоза C_m(H₂O)_m.

Раскислители и легирующие компоненты – вещества, которые химическим взаимодействием раскисляют металл. Это в основном металлические порошки или ферросплавы: ферросилиций (FeSi), ферромарганец (FeMn), ферротитан (FeTi), алюминиевый порошок. Кроме того, в качестве легирующих используют: феррохром, ферровольфрам, феррованадий и др.

Ионизирующие компоненты – соединения, содержащие ионы щелочноземельных элементов, имеющих пониженный потенциал ионизации: Na ₂ CO ₃, K ₂ CO ₃, CaCO ₃, K ₂ O, Na ₂ O и др.

Вяжущие компоненты – вещества, соединяющие компоненты покрытия в замесе, который наносят на стержень.

Анализ перечисленных компонентов показывает, что они выполняют, как правило, несколько функций. Так, мрамор является одновременно газообразующим, шлакообразующим и ионизирующим компонентом, а кварцевый песок является шлакообразующим, раскислителем, легирующим компонентом.

Покрытия современных электродов строятся на основе шлаковой защиты, либо комбинированной газошлаковой защиты с обязательной добавкой раскислителей и легирующих компонентов.

Защитное действие покрытия в значительной степени зависит от количества образовавшегося при плавлении электрода шлака и определяется массой покрытия, нанесённого на стержень:

,

где К_М – коэффициент массы покрытия, %;

G_N – масса нанесённого покрытия, г;

G_CT – масса металлического стержня покрытия, г.

Обычно электроды для сварки имеют относительную массу покрытия 25...35 %, но так как плотность покрытия меньше, чем электродный металл, то по объёму это будет значительно больше.

В зависимости от вида компонентов, которыми осуществляется защита зоны сварки от атмосферы, т.е. по металлургическим функциям, все электродные покрытия разбиты на четыре группы (ГОСТ 9467-85):

1. Кислые покрытия (А), в состав которых входят окислы железа, марганца, кремния, титана, определяют шлаковую основу покрытия. Газовая защита обеспечивается органическими составляющими (крахмал, декстрин, целлюлоза), разлагающимися при плавлении электрода. Раскислителем обычно является ферромарганец. В состав группы входят электроды: ЦМ-7, ОММ-5, МЭЗ-04 и др.

2. Основные покрытия (Б) построены на основе карбоната кальция (мрамор) и плавикового шпата (флюорита), создающих шлаковую защиту. Газовая защита достигается диссоциацией карбоната кальция в процессе нагрева и плавления покрытия. В качестве раскислителей используют: ферросилиций, ферромарганец, ферротитан, алюминий. Для легирования металла шва в покрытие могут вводиться металлические порошки. Типичными представителями электродов с таким покрытием являются: УОНИ-13, ОЗС, СМ-11, ЦУ-1, ЦЛ-9, ЦТ-7 и др.

3. Рутиловые покрытия (Р) в своей основе содержат рутил (двуокись титана) с добавкой полевого шпата, марганца и других шлакообразующих компонентов. Для создания газовой защиты в покрытие вводятся органические вещества (декстрин, целлюлоза) и карбонаты (магнезит, мрамор), а для раскисления – ферромарганец. Для увеличения коэффициента наплавки в покрытие электродов вводят порошок железа. К этой группе относятся электроды: ЦМ-9, МР-3, АНО-4, АНО-5, АНО-6 и др.

4. Целлюлозные покрытия (Ц) построены на газообразующих веществах (целлюлоза, мука пищевая) с добавлением окислов железа, марганца и титана. Для раскисления сварочной ванны добавляют ферромарганец и ферросилиций. Покрытия такого типа имеют электроды: ОМА-2, ВСП-1, ВСЦ-2.