Национальная агентство Контроля и Сварки Некоммерческое Образовательное Учреждение

НОУ «ГАЦ ВВР»

5

Б.П. Конищев

ТЕОРИЯ СВАРОЧНЫХ ПРОЦЕССОВ

Электроды покрытые металлические

для ручной дуговой сварки (РД)

Нижний Новгород

2007

Состав и классификация электродных покрытий

Электродные покрытия состоят из целого ряда компонентов, играющих различную роль в металлургических процессах сварки.

1. Шлакообразующие компоненты, составляющие основу многих покрытий, обеспечивают шлаковую защиту от воздуха и металлургическую обработку металла при сварке. В качестве шлакообразующих применяют карбонаты: мрамор или мел CaCO₃, магнезит MgCO₃ и др.; флюорит или плавиковый шпат СаF₂; железную и марганцевую руду: гематит Fe₂O₃ , пиролюзит MnO₂ и др.; рутил TiO₂ и титанаты: ильменит FeO TiO₂, перовскит CaO TiO₂ и др.; глинозем Al₂O₃ и кремнезем или кварцевый песок SiO₂; силикаты: тальк 3MgO 4SiO₂ H₂O, и алюмосиликаты: каолин Al₂O₃ 2SiO₂ 2H₂O, полевой шпат K₂O Al₂O₃ 6SiO₂, слюда мусковит K₂O 3Al₂O₃ 6SiO₂ 2H₂O, гранит 2K₂O5Al₂O₃ 33SiO₂ и др.

2. Газообразующие компоненты обеспечивают газовую защиту металла от воздуха, взаимодействуют с металлом, изменяя его состав. Они подразделяются на две подгруппы: минеральные (карбонаты – мрамор СаСО₃, магнезит MgСО₃ и др., а также высшие оксиды - гематит Fe₂O₃, пиролюзит MnО₂ и др.) и органические [С₆(Н₂О)₅]_n (целлюлоза, лигнин, древесные опилки, декстрин, крахмал и др.).

   1. Минеральные: (CaCO₃)=(CaO)+CO₂ 2(MnO₂)=2(MnO)+O₂

Выделяют много СО₂ и О₂ - эти газы окисляют железо и легирующие элементы, но связывая Н₂, предупреждают образование водородных пор.

2. Органические: крахмал, мука, целлюлоза

[C₆(H₂O)₅]_n+n/2O₂=6nCO+5nH₂ – много СО и Н₂ не окисляют, а раскисляют металл, но вызывают образование водородных пор.

3. Стабилизирующие (ионизирующие) компоненты вводятся для повышения стабильности горения дуги в электродные покрытия, содержащие фтор СаF₂ или другие дестабилизаторы дуги. Они содержат элементы с низким потенциалом ионизации: щелочные металлы (К, Na, Сs, Rb) или щелочно-земельные (Са, Mg, Ва, Sr). Чаще применяют мрамор или мел СаСО₃, магнезит MgCО₃, реже витерит ВаСО₃. Лучший эффект дают поташ К₂СО₃, селитра калиевая КNО₃, хромпик К₂Сr₂О₇, сода кальцинированная Na₂СО₃ и др. соли щелочных металлов.

4. Раскисляющие компоненты содержат элементы, обладающие большей химической активностью к кислороду по сравнению с железом. Чаще они применяются в виде ферросплавов (ферромарганца FeMn, ферросилиция FeSi, ферротитана FeTi и др.), порошков металлов (Al, Mn и др.), иногда комплексных сплавов (силикомарганца, силикокальция и др.) и реже в виде графита (углерода).

Fe – Mn, Fe-Si, Fe - Si и Fe – Mn, Fe – Ti, Al

5. Легирующие компоненты вводятся для получения необходимого химического состава металла шва, механических и специальных свойств (теплостойкости, коррозионной стойкости, износостойкости и др.) Они вводятся в виде ферросплавов, металлических порошков и комплексных сплавов (лигатур).

Это все раскислители + Ni, Co, Cu, Fe-W, Fe-Mo и др.

6. Железный порошок вводится в некоторые покрытия (до 60 % массы) для повышения производительности сварки (коэффициента наплавки _н)

_н=8-10 Г/А ч (без Fe порошка) 200А10=2000 г

_н=11-18 Г/А ч (c Fe порошком) 200А18=3600 г

7. Красители (пигменты) применяются для получения электродов с отличительным цветом покрытия, что исключает случайное перепутывание марок электродов при сварке высоколегированных сталей. При введении 0,5 % железного сурика Fe₂O₃ покрытие имеет бежевый цвет, а 2 % - коричневый, при 3 % оксида хрома Cr₂О₃ - зеленый, а 3 % специального пигмента – голубой.

8. Пластифицирующие (формующие) компоненты служат для повышения пластичности обмазочной массы в процессе опрессовки (нанесения покрытия на стержень). К ним относятся: бентонит, каолин, слюда, тальк, целлюлоза, декстрин и др. вещества.

9. Связующие компоненты (склеивающие или цементирующие) обычно представляют собой калиевое или натриевое жидкое стекло (силикатный клей): Na₂O m SiO₂ n H₂O или K₂O m SiO₂ n H₂O. Для улучшения клеящих свойств в покрытие добавляют декстрин и крахмал.

Для сварки специальных высоколегированных сплавов применяют как связующий компонент алюминат натрия – Na₂O nAl₂O₃ m Н₂О, Взамен силиката натрия, так как SiO₂ из жидкого стекла вызывает повышенное окисление легирующих элементов.

Недостатком электродов на основе жидкого стекла является малая прочность покрытия, хрупкость, повышенная гигроскопичность покрытия, поэтому создали электроды с пластмассовым покрытием (на основе бакелитового лака), не имеющих этих недостатков: ВСП-1, ВСП-2. В качестве пластмассы используют бакелитовый лак.

Многие составляющие покрытий выполняют одновременно несколько функций. Например, мрамор СаСО₃ и поташ К₂СО₃ являются шлакообразующими, газообразующими и стабилизирующими компонентами; полевой шпат, слюда, жидкое стекло - шлакообразующими и стабилизирующими, кроме того, слюда - пластифицирующим, жидкое стекло - связующим; многие ферросплавы - раскислителями и легирующими.

Защитные свойства покрытия существенно зависят от его количества (толщины). Согласно ГОСТ 9466-75 электроды подразделяются по толщине покрытия в зависимости от отношения D/d (табл.1), где d- диаметр стержня, D - наружный диаметр покрытия.

При рассмотрении металлургических процессов сварки важной характеристикой является коэффициент массы покрытия К_п = m_п/m_с

D /d

К_п = m_п/m_с – коэффициент покрытия

m_п – масса покрытия

m_с – масса стержня

Таблица 1

Индекс	М	С	Д	Г
Покрытие D/d	тонкое менее 1,2	среднее 1,2-1,45	толстое 1,45-1,8	особо толстое более 1,8

З ащитные свойства покрытия от воздуха зависят от соотношения D/d и от коэффициента покрытия К_п .

С увеличением коэффициента покрытия К_п уменьшается содержание азота N в металле шва, но при К_п > 0,4 содержание азота N практически не изменяется. Поэтому обычно К_п составляет 0,4.

Существуют два метода нанесения покрытия:

1. Окунанием

2. Опрессовкой

Сейчас большинство покрытий наносится методом опрессовки на специальных прессах.

По составу и металлургическим свойствам электродные покрытия согласно ГОСТ 9466-75 подразделяются на следующие виды (табл. 2).

Таблица 2

Вид покрытия	ГОСТ 9466-75	Международное обозначение ISO	Старое обозначение до 1975 г. ГОСТ 9467-60
Кислое	А	A	Р – рудно-кислое
Основное	Б	B	Ф – фтористо-кальциевое
Рутиловое	Р	R	Т – рутиловое (титановое)
Целлюлозное	Ц	C	О – органическое
Смешанные
Кисло-рутиловые	АР	AR
Рутил-основное	РБ	RB
Рутил-целлюлозное	РЦ	RC
Прочие (специальные)	П	S
С Fe порошком	РЖ БЖ БРЖ	RR

БРЖ: электрод основной рутиловый с железным порошком

Состав газовой фазы, образующейся при сварке электродами с различными покрытиями приводится в табл. 3 (ГК - газообразующие компоненты; ОГ - органические газообразующие; МГ - минеральные газообразующие).

Таблица 3

Вид покрытия	ГК	Состав газовой фазы, %				Содержание в шве
		СО	Н2	СО2	Н2О	[О]ш, %	[Н]ш 10-2, см3/г
А	ОГ	47,6	39,0	4,7	6,2	0,09-0,12	до 0,15
Б	МГ	62,9	5,2	20,4	10,5	0,03-0,05	до 0,04
Р	МГ, ОГ	50,7	37,7	5,9	5,7	0,08-0,09	до 0,3
Ц	ОГ	42,1	51,2	1,1	5,6	0,02-0,03	до 0,25

При плавлении электродных покрытий образуются сварочные шлаки, состав которых зависит от вида и состава покрытия (табл.4).

Таблица 4

Вид покрытия	Состав, %									В
	SiO2	TiO2	Al2O3	CaO	MgO	MnO	FeO	Na2O	CaF2
А	37,2	-	3,0	1,7	-	30,0	19,0	4	-	0,7
Б	15,0	9,0	-	27,0	-	5,0	4,0	4	34	2,7
Р	27,0	43,2	6,0	0,3	2,2	14,7	3,7	3	-	0,3
Ц	18,8	29,0	2,0	2,0	7,0	15,0	8,2	8	-	0,9

- основность шлака,

- коэффициент кислотности шлака