Лекція.

Тема: Вплив хімічного складу покриття на характер процесів зварювання електродами з різними типами покриття.

Призначення покриттів. Електродні покриття повинні забезпечувати стабільність горіння зварювальної дуги й одержання металу шва з наперед заданими властивостями (міцність, стійкість до високих температур і ін.).

Електродні покриття виконують ряд функцій.

Стабілізація горіння дуги досягається зниженням потенціалу іонізації повітряного проміжку між електродом і зварюваної деталлю. Для стійкого горіння дуги в покриття вводять речовини (солі лужних металів, калій і рідке скло і ін.), Що містять елементи з низьким потенціалом іонізації (калій, натрій).

Газовий захист зони зварювання і розплавленого металу створюється при згорянні газо-утворюючих речовин і оберігає розплавлений метал від впливу кисню та азоту. Газо-утворюючі речовини входять в покриття у вигляді неорганічних сполук (мармур СаСО3, Магнезит М & СО3 і ін.) і органічних сполук (деревне борошно, целюлоза, крохмаль і ін.)

Мінерали - мармур і магнезит - при температурі -900 ° С розкладаються з утворенням вуглекислого газу, який важчий за повітря і тому витісняє його із зони горіння дуги, що забезпечує газовий захист. Органічні речовини - борошно, крохмаль, дессоцііруют при температурі -200 ° С:

Зазвичай 10 г розплавленого електрода виділяє 1000-1500 см3 захисного газу, що забезпечує досить надійне відтискування повітря із зони зварювання.

Розкислення металу зварювальної ванни забезпечується елементами, що володіють більшою спорідненістю з киснем, ніж залізо, і зв'язують кисень. До них відносяться кальцій, алюміній, титан, кремній, марганець, хром і ін. Ці елементи, перебуваючи в розплавленому металі зварного шва, легше вступають в хімічні сполуки з киснем і, будучи самі нерозчинними в стали або маючи обмежену розчинність, у вигляді оксидів спливають на поверхню зварювальної ванни:

Більшість розкислювачів входять в покриття не в чистому вигляді, а у вигляді феросплавів (феромарганцю, феросиліцію і ін.). Алюміній як розкислювач вводиться в покриття у вигляді порошку (пудри).

Шлаковий захист служить для захисту розплавленого металу від впливу кисню та азоту повітря шляхом утворення шлакових оболонок на поверхні крапель електродного металу, що переходять через дугового проміжок, і для створення шлакового покриву на поверхні розплавленого металу зварювальної ванни і шва. Шлакові покриття зменшує швидкість охолодження і кристалізацію металу шва, сприяє виходу з нього газових бульбашок і неметалічних включень. Шлакоутворювальні компонентами покриттів є: титановий концентрат, марганцева руда, каолін, мармур, крейда, кварцовий пісок, доломіт, польовий шпат, граніт і ін. Як шлако утворюючих компонентів виступають оксиди. Наприклад, граніт містить 70%, 20% Аl2О3, 5% СаО.

Легування металу шва надає спеціальні властивості наплавленого металу (в основному підвищує механічні властивості, а також зносостійкість, жаростійкість, опір корозії). Найбільш часто застосовуються такі легуючі компоненти, як хром, нікель, молібден, вольфрам, марганець, титан і ін. Легування металу шва іноді проводиться спеціальною дротом, що містить потрібні елементи. Найчастіше метал шва легують введенням спеціальних компонентів в вигляді феросплавів або чистих металів в покриття електрода. Це потрібно для відшкодування вигорілих при зварюванні легуючих компонентів сталей.

Закріплення покриття на електродному стрижні здійснюють за допомогою спеціальних речовин, які називають сполучними компонентами. Вони скріплюють порошкові матеріали покриття в однорідну масу. Найчастіше в якості таких компонентів використовують водні розчини силікатів натрію і калію, звані натрієвих або калієвих рідким склом, а також, желатин, пластмаси та ін. Після висихання вони скріплюють покриття.

Пластичні властивості покриття забезпечують формувальні добавки (Пластифікатори) - бетоніт, каолін, декстрин, слюда і ін. Деякі матеріали покриття виконують одночасно кілька функцій. Наприклад, мармур є стабілізуючим, газозахисними і шлако утворюючих компонентом.

З метою підвищення продуктивності зварювання в покриття додають залізний порошок, зміст якого може складати до 60% маси покриття.

Електроди бувають тонко покритими(з тонким шаром обмазки), із середнім по товщині шаром покриття, товсто покритими і з особливо товстим покриттям.

Товсто покриті електроди часто називають якісними електродами або електродами з якісною обмазкою. Деякі з них мають товщину шару покриття 3 мм.

Тонке покриття електродів забезпечує тільки стійке горіння дуги при зварюванні. Такі електроди застосовують для зварювання невідповідальних конструкцій з низьковуглецевих сталей, оскільки невелика кількість газів, що утворюються і шлаків не дає надійний захист зварювальної ванни.

Товсте покриття електродів забезпечує стійке горіння зварювальної дуги й одержання зварних з'єднань, що володіють високими механічними властивостями. Ці електроди використовують для зварювання відповідальних конструкцій різного призначення.

Електроди з товстим покриттям створюють при зварюванні газову і шлакову захист, стабілізують дугу, розкислюють розплавлену ванну металу, легують наплавлений метал, формують зварний шов. Такі електроди в залежності від призначення підрозділяють на електроди для зварювання конструкційних, легованих сталей і для наплавлення.

Електроди з особливо товстим покриттям використовують для високопродуктивної зварювання.

Газовий захист наплавленого металу від кисню та азоту повітря залежить від якості електродного покриття. Наприклад, якщо під час зварювання голим електродом вміст кисню и азоту в шві складає відповідно 0,221 і 0,11%, то при зварюванні електродами УОНИ-13/45 їх вміст зменшується до 0,02 і 0,025%.

Електродні покриття впливають на механічні властивості металу шва. Найбільш високі механічні властивості (тимчасовий опір, відносне подовження, ударна в'язкість) металу шва досягаються при використанні електродів з товстими покриттями.

Маса товстих електродних покриттів становить 30-40% маси електродного стрижня. Для приготування обмазувальної пасти до сухої суміші додають 30% водного розчину рідкого скла. Підвищити продуктивність зварювання можна введенням в покриття електродів залізного порошку. Залежно від процентного вмісту залізного порошку в обмазці (5-50%) коефіцієнт наплавлення збільшується в 1,5-2 рази.

Найбільш проста тонка обмазка для електродів -мел, зцементований рідким склом. До складу тонкого покриття можуть бути введені граніт, з'єднання кальцію у вигляді природних мінералів, польовий шпат, а також крейда, мармур та інші компоненти.

Речовини, що входять до складу покриття, разом з електродним стрижнем при зварюванні плавляться і випаровуються,

активно насичуючи дугового повітряний проміжок електричними зарядами - електронами і іонами.

Пари кальцію і деяких інших елементів легко іонізуються. Завдяки цьому дуга між електродом і зварювальної ванній горить стійко, стабільно. Тому тонкі покриття називають стабілізуючими, а також іонізуючими, так як вони посилюють іонізацію дугового проміжку. Товщина стабілізуючого покриття 01-025 мм, а маса його становить 1-5% маси електродного стрижня.

При зварюванні електродами з тонким покриттям утворюється при їх плавленні кількість газів і шлаку дуже мало і недостатньо для хорошого захисту розплавленого металу від шкідливого впливу азоту і кисню повітря. При зварюванні такими електродами вигорають вуглець, марганець, кремній. В результаті виходить зварене з'єднання з низькими механічними властивостями.

Органічні сполуки, а також мармур, крейда, вапняк, що входять в глину електрода, розкладаються під дією високої температури поблизу торця електрода. Утворені при цьому гази нагріваються, розширюються, відтісняючи навколишнє повітря.

Шлак утворюється за рахунок хімічної взаємодії металу зварювальної ванни з компонентами електродного покриття (польовим шпатом, марганцевої рудою, кварцовим піском, крейдою, мармуром і ін.). Температура плавлення шлаку досягає -1200 ° С. Незначна його в'язкість сприяє хорошому формуванню зварного шва. Шлаки не мають строго певної температури плавлення. Зі збільшенням температури шлаку його в'язкість поступово знижується і він переходить в рідкий стан. При зниженні ж температури в'язкість шлаку поступово зростає і він твердне.

Різні склади електродних покриттів дають шлаки, затвердевающие з різною швидкістю. Для гарного формування шва кращі шлаки, які переходять з твердого стану в рідке і навпаки в невеликому температурному інтервалі.

Виготовлення електродів. Приготування електродного покриття на стрижень полягає в подрібненні компонентів, складових покриття, перемішуванні їх і, нарешті, замішуванні порошків на рідкому склі.

Покриття (глину) наносять на електродні стрижні двома способами: зануренням і обпресуванням.

Якість нанесеного покриття характеризується його рівномірністю по довжині стрижня, товщиною, концентрично розташування щодо стрижня.

При нанесенні покриття на електродні стрижні зануренням потрібно періодично перемішувати обмазувальну масу, витягувати електрод з цієї маси вертикально і з постійною швидкістю. Не можна допускати стогін покриття по стрижні при сушінні електрода. Нанесення покриття на стрижень обпресуванням виконують в спеціальних обмазувальних верстатах.

Технологія виготовлення електродів впливає на їх зварювально-технологічні характеристики і фізико-хімічні властивості наплавленого металу. Відповідно до стандарту електроди з покриттям виготовляють з дроту діаметром 1,6-12 мм завдовжки 250-450 мм. Найбільше застосування отримали електроди діаметром 4 і 5 мм, довжиною 400-450 мм.

Література: http://um.co.ua/8/8-9/8-93454.html