Электроды

Изготавливаются из теплопроводного материала и предназначены для подвода электрического тока, к месту сварки.

Электроды бывают:

1. металлические (стальные, чугунные, медные, латунные, вольфрамовые, бронзовые);

2. плавящиеся металлические электроды (покрытые, комбинированные, сварочные пластины, лента сплошного сечения);

3. неплавящиеся металлические электроды (электроды из вольфрама, электроды для контактной сварки);

4. неметаллические неплавящиеся электроды (угольные и графитовые электроды).

Покрытые электроды для ручной дуговой сварки. Бывают длиной от 250 мм до 700мм. Изготовлены из сварочной проволоки с нанесенным слоем покрытия. Длина электрода зависит от его диаметра и химического состава стержня. Стержни малого диаметра из высоколегированных сталей делаются более короткими, чтобы уменьшить электрическое сопротивление и нагрев при сварке. Стержни малого диаметра из низкоуглеродистых сталей обладаю высокой электропроводностью, и изготавливаются более длинными.

Сварочные электроды должны обеспечивать:

1. Устойчивое горение дуги

2. Равномерное плавление металла и стабильный перенос его в сварочную ванну.

3. Достаточную защиту расплавленного электродного металла и металла сварочной ванны от воздуха.

4. Получение металла шва требуемого химического состава и механических свойств.

5. Хорошее формирование шва, минимальные потери на угар и разбрызгивание.

6. Возможно высокую производительность процесса сварки.

7. Хорошую отделимость и легкую удаляемость шлака с поверхности шва.

8. Достаточную стойкость покрытий против механических повреждений (откалывания при небольших ударах, осыпания и др.)

9. Длительность хранения, стабильный химический состав в процессе хранения.

10. Минимальную токсичность газов выделяющихся при сварке, соблюдение санитарно гигиенических норм.

Все эти условия реализуются подбором компонентов покрытия электродов. Все вещества, из которых состоит покрытие можно разделить на группы:

1. Газообразующие элементы – обеспечивают газовую защиту зоны сварки от воздуха. При нагревании они разлагаются с выделением газов вытесняющих воздух, в покрытие вводят минералы (мрамор, магнезит) или органические вещества (мука, крахмал, декстрин):

CaCO₃ ^(toC) → CaO + CO₂↑

Выведение из металла шва водорода осуществляется с помощью фтора или кислорода.

2. Шлакообразующие компоненты. Обеспечивают шлаковую защиту расплавленного металла и кристаллизующегося металла от воздуха. Шлак всплывает на поверхность сварочной ванны, так же шлаком покрыты капли электродного металла

окислы: SiO₂; TiO₂; Al₂O₃

основные: CaO; MnO; MgO

галогенные: CaF₂

Содержаться в мраморе, граните, гематите, различных рудах, кварцевом песке, рутиловом концентрате.

3. Раскисляющие компоненты. Позволяют восстановить часть металла, находящегося в сварочной ванне в виде оксидов. Это железосодержащие соединения FeTi, FeMn, FeSi.

4. Стабилизирующие элементы. Обеспечивают стабильное горение дуги, за счет присутствия в них элементов с низким потенциалом ионизации(Na, Ka, Ca, и т.д.). Содержаться в мраморе, полевом шпате, мел, кальцинированной соде.

5. Легирующие компоненты придают металлу шва дополнительные свойства (см. практику легирующие элементы) добавляются в покрытие в виде железосодержащих сплавов: феррохром, ферротитана, ферроникеля, феррованадия. Основным способом легирования металла шва является легирование через стержень электрода, а дополнительным – через покрытие.

6. Связующие компоненты, которые связывают порошковые материалы покрытия в однородную массу, чаще всего используется Na₂SiO₂(натриевое жидкое стекло), K₂SiO₂(калиевое жидкое стекло). После высыхания оно цементирует покрытие. Для улучшения формовочных свойств покрытия, в его состав вводятся каолин, слюда, декстрин (органическое вещество, слегка измененный обычный картофельный крахмал). Добавление в покрытие железного порошка (до 60% от массы покрытия) позволяет повысить производительность сварки. Как правило используют компоненты одновременно выполняют несколько функций. Мрамор является газообразующим, шлакообразующим и стабилизирующим компонентом.

Электродные покрытия могут создаваться по-разному. В зависимости от используемого подхода выделяют четыре базовых типа покрытия:

А – кислое покрытие: создается на основе материалов рудного происхождения. Шлакообразующие компоненты: Fe₂O₃, SiO₂, TiO₂, Al₂O₃), газообразующие компоненты: крахмал, мука, декстрин. При плавлении покрытия в расплавленном металле и в зоне горения дуги, выделяется большое количество кислорода, поэтому в покрытие добавляют много раскислителей (в основном дешевый марганец и кремний).

Достоинства кислого покрытия:

• низкая склонность к образованию пор при удлинении дуги и при сварке металла с окалиной и ржавыми кромками;

• высокая производительность сварки за счет добавочного выделения теплоты при окислительных реакциях;

• возможность работы как на постоянном так и на переменном токе.

Недостатки кислого покрытия:

• пониженная пластичность и ударная вязкость металла шва, т.к. невозможно легирование шва из-за окисления легирующих добавок;

• в покрытии отсутствует кальций → в больших количествах в металле шва образуется сера и фосфор → высокая вероятность образования кристаллизационных трещин;

• при применении кислых электродов выделяется огромное количество аэрозолей содержащих вредные примеси Mg и Si.

Область применения: сварка неответственных конструкций из низкоуглеродистых сталей.

Б - основное покрытие: создается на основе фтористых соединений CaF₂(плавиковый шпат), а также карбонатов кальция и магния: CaCO₃, MgCO₃, CaMg(CO₃)₂. Газовая защита осуществляется при разложении карбонатов с выделение углекислого газа. С помощью кальция металл шва хорошо очищается от серы и фосфора. Фтор обеспечивает стабильное горении дуги и связывает водород и пары воды в термически стойкие соединения:

CaF₂ +H₂O → CaO + 2HF

CaF₂ + 3SiO₂ → 2CaSiO₃ + SiF₄

SiF₄ + 3H → SiF + 3HF

ВЫВОД: Из-за низкого содержания водорода в металле шва электроды с таким покрытием называют низководородными.

Преимущества основного покрытия:

• низкая вероятность образования кристаллизационных трещин;

• высокая пластичность и ударная вязкость металла шва;

• высокая стойкость против хладноломкости;

• возможность высокого легирования, т.к. низкая окислительная способность покрытия и элементы легко переходят из покрытия в металл шва;

• меньшая токсичность по сравнению с кислым покрытием;

Недостатки основного покрытия:

• требует высокой квалификации сварщика;

• требуется предварительная очистка кромок и почти всегда прокалка электродов перед сваркой;

• из-за фтора наблюдается низкая устойчивость горения дуги, поэтому сварку обычно выполняют короткой дугой, на постоянном токе обратной полярности.

Область применения:

1. сварка ответственных конструкций из углеродистых сталей, работающих при знакопеременных нагрузках или отрицательных температурах (до – 70^оС);

2. сварка конструкций жаропрочных и коррозионностойких и других специальных сталей и сплавов;

3. возможна сварка во всех пространственных положениях.

Уровень влаги основных покрытий перед сваркой должен составлять 0,3% → требуется прокалка перед сваркой → оптимальная температура прокаливания 350^оС в течение двух часов.

Если электроды хранятся в закрытых емкостях или сушильных шкафах, при температуре 80^оС, то срок их хранения после прокалки не ограничивается.

Хранение электродов для сварки особо ответственных конструкций рекомендуется при температуре воздуха не ниже 15^оС с относительной влажностью воздуха не более 50%. Срок годности после прокалки не более 50 суток, если больше то прокаливание, но не более трех раз.

Из-за присутствия в аэрозолях фтористых соединений, в закрытых помещениях при сварке, требуется качественная вентиляция воздуха, а сварщика рекомендуется применять СИЗ или с подачей чистого воздуха в зону дыхания.

Р – рутиловое покрытие:

********************************