6.1. Электроды с тонким стабилизирующим покрытием

Это наиболее старый и примитивный тип электродов, до сих пор еще употребляемый. Покрытие наносят на электродный стержень тонким слоем, толщиной в десятые доли миллиметра. Данное покрытие наносят простейшим способом - путем обмакивания стержня в обмазочную пасту.

Название «стабилизирующие» указывает на основное назначение покрытия - стабилизировать, т. е. делать более устойчивым горение дуги и облегчить ее зажигание. Иногда эти покрытия называют ионизирующими, так как они усиливают ионизацию дугового промежутка.

При горении дуги вместе с электродным стержнем плавится и испаряется покрытие, нанесенное на поверхность электрода. Пары материала покрытия, попадая в столб дуги и подвергаясь действию высокой температуры, прежде всего, диссоциируют (сложные химические соединения распадаются на более простые, вплоть до образования свободных атомов). Если в покрытии имеются вещества с низким потенциалом ионизации, (щелочные и щелочно - земельные элементы), то пары их легко ионизируются и повышают электропроводность дугового промежутка, облегчая горение дуги.

К гасителям дуги относятся вода, галоиды, в особенности хлор, фтор и их соединения, борная и фосфорная кислоты и их соединения.

Тонкой простейшей обмазкой является широко известная меловая обмазка, состоящая из тонкого порошка мела, сцементированного жидким стеклом, но электроды с такой обмазкой дают низкое качество сварного шва.

Для сравнения приведем химические составы металла электрода с меловой обмазкой и металла, наплавленного этим электродом. Изменение химического состава сводится к следующему: сильно выгорает углерод и кремний, более чем наполовину выгорает и испаряется марганец и лишь вредные примеси – сера и фосфор – остаются в том же количестве (см. таблицу).

Вид металла	C	Mn	Si	S	P	O	N
Стержень электрода	0,15	0,50	0,02	0,03	0,03	0,02	0,004
Наплавленный металл	0,04	0,15	0	0,03	0,03	0,23	0,180

Кроме того, в наплавленном металле увеличивается количество азота и кислорода, попавших из атмосферного воздуха, а высокое содержание азота придает металлу хрупкость.

В настоящее время меловая обмазка считается устаревшей и применение ее расценивается как признак низкого уровня сварочной техники.

6.2. Электроды с толстым качественным покрытием

Электроды с таким покрытием помимо стабилизации дуг, защищают сварочную ванну от вредного влияния атмосферного воздуха, улучшают химический состав, структуру и механические свойства наплавленного металла, обеспечивают достаточно устойчивое горение дуги.

Основой металлургического процесса при сварке, как и в сталеплавильных печах, является взаимодействие между шлаком и металлом. Шлак при сварке образуется главным образом из расплавленного покрытия электрода, в которое вводят в тонко размолотом виде различные минеральные вещества, руды, горные породы и т. п. Шлак, образующийся вместе с расплавленным металлом при плавлении электрода, защищает ванну от доступа воздуха, а при затвердевании ванны шлак замедляет охлаждение сварного соединения. При замедленном охлаждении разлагаются нестойкие соединения азота с железом, причем освободившийся азот удаляется из металла, и содержание азота в металле снижается до допустимой нормы 0,01 - 0,03%. Содержание вредных примесей, в особенности серы и фосфора, в материалах для изготовления покрытий доводится до возможного минимума.

Существующие разнообразные качественные электродные покрытия могут быть классифицированы по различным признакам. По химическому составу шлаки, получаемые при расплавлении электродных покрытий, могут быть разделены на кислые и основные.

Кислые шлаки уменьшают содержание кислорода в наплавленном металле путем перехода закиси железа из металла в шлак. Подобный процесс раскисления металла кислым шлаком называется диффузиционным раскислением. Большое распространение имеют покрытия, дающие шлаки основного характера с большим содержанием окиси кальция CaO. Эти шлаки обеспечивают получение наплавленного металла особенно высокого качества.

По характеру металлургических реакций, протекающих в сварочной ванне, качественные электроды можно разделить на две группы.

Электроды первой группы вызывают реакции восстановления закиси железа углеродом, сопровождаемые образованием газообразной окиси углерода и вызывающие кипение ванны. Основной реакцией в сварочной ванне является

FeO + С = Fe+СО.

Для быстрого и энергичного проведения подобной реакции в обмазку вводят в большом количестве окислы железа в форме железных руд либо железной окалины или же другие окислы, легко отдающие кислород и способные интенсивно окислять металл ванны, например, двуокись марганца МnО₂ в виде минерала пиролюзита. Дополнительным источником углерода (сверх содержащегося в основном металле) служит обычно ферромарганец, вводимый в значительном количестве в подобные обмазки. Протекающие в ванне экзотермические реакции освобождают значительное количество тепла и дополнительно разогревают ванну.

Электроды второй группы вызывают реакции восстановления закиси железа металлом с большой теплотой образования окисла, обычно кремния или титана:

2FeO + Si = 2Fe + SiO₂.

Реакция протекает без газообразования и кипения ванны. В обмазку вводят лишь весьма прочные окислы, не отдающие кислорода ванне и не окисляющие металла. Электроды этой группы обеспечивают особенно высокое качество сварного соединения.