§ 7-3. Сварочные электроды

Из всех сварочных материалов, выпускаемых в нашей стране, покрытые электроды по объему применения занимают ведущее место. Ими сваривают свыше двух третей изготовляемых в СССР металлоконструкций. Такое положение объясняется простотой, большой маневренностью и универсальностью процесса сварки покрытыми электродами, а также высоким качеством выполненных ими сварных швов. Благодаря непрерывному повышению технического уровня и производительности электродов сварка покрытыми электродами еще длительное время будет одним из основных способов сварки плавлением.

Общие сведения об электродах. Покрытый электрод представляет собой металлический стержень, на поверхность которого методами окунания или опрессовки под давлением нанесено специальное покрытие. В зависимости от назначения к электроду предъявляют различные требования.

Общие требования для всех типов электродов: обеспечение устойчивого горения дуги; хорошее формирование шва; получение металла шва определенного химического состава и свойств, свободного от дефектов; спокойное и равномерное плавление электродного стержня и покрытия в процессе сварки; минимальные потери электродного металла от угара и разбрызгивания; высокая производительность сварки; легкая отделимость шлаковой корки с поверхности шва; достаточная прочность покрытия; сохранение физико-химических и технологических свойств электродов в течение определенного промежутка времени; минимальная токсичность при изготовлении и сварке.

К электродам предъявляют ряд специальных требований: получение швов заданной формы (вогнутая поверхность шва, глубокий провар и др.); возможность сварки в различных пространственных положениях, возможность сварки определенным способом (сварка опиранием, сварка вертикальных швов способом сверху вниз и др.); получение металла шва со специальными свойствами (повышенной прочности, износоустойчивости, коррозионной стойкости, жаропрочности, окалиностойкости и т. п.).

Для удовлетворения всех этих требований (общих и специальных) в покрытия электродов вводят определенные вещества - шлакообразующие, газообразующие, раскислители, легирующие, стабилизирующие, связующие, а также применяют стержни различного состава.

Шлакообразующие составляющие - основная часть большинства покрытий. Это - полевой шпат, кремнезем, каолин, слюда, тальк, ильменитовый и рутиловый концентраты, марганцевая руда, гематит, мрамор, магнезит, плавиковый шпат и др. Эти составляющие покрытий при расплавлении образуют шлак, который защищает капли электродного металла и сварочную ванну от непосредственного контакта с газами окружающей атмосферы.

Газообразующие составляющие вводят в электродное покрытие в виде органических веществ (оксицеллюлозы, крахмала, древесной муки, декстрина) или в виде карбонатов (мрамора, мела, известняка, доломита, магнезита, сидерита). Органические составляющие покрытия и карбонаты при нагревании разлагаются и образуют газы, которые оттесняют воздух от дугового промежутка.

На определенных этапах процесса сварки расплавленный металл контактирует со шлаком, атмосферой дуги и воздухом, в результате чего окисляется. Для получения высокого качества шва металл необходимо раскислить, т. е. восстановить находящиеся в расплаве окислы. С этой целью в покрытие вводят элементы-раскислители, чаще всего в виде ферросплавов: ферромарганца, ферросилиция, ферротитана и др. Иногда в качестве раскислители применяют алюминий или графит. Если электроды имеют стержень из легированной стали, то раскисление частично осуществляется за счет легирующих элементов стержня.

Для получения повышенной прочности, износоустойчивости, коррозионной стойкости и многих других специальных свойств металла шва его необходимо легировать марганцем, кремнием, вольфрамом, молибденом, хромом, никелем, ниобием, бором, титаном и другими элементами. Легировать металл шва можно через проволоку или через покрытие. Возможно одновременное использование обоих способов легирования. Наиболее стабильные химический состав, механические и другие свойства металла шва (особенно при сварке и наплавке высоколегированных сплавов) получаются при легировании через проволоку.

Для стабилизации горения дуги в покрытия вводят соединения щелочных и щелочноземельных металлов (калия, натрия, кальция, бария), обладающих низкими потенциалами ионизации и малой работой выхода электронов. В качестве стабилизирующих составляющих используют силикаты натрия и калия, поташ, кальцинированную соду, полевой шпат, мел, мрамор и углекислый барий.

Для повышения пластичности обмазочной массы в состав покрытия вводят пластификаторы - бентонит, каолин, тальк, слюду, целлюлозу, карбоксиметилцеллюлозу и другие вещества.

В качестве связующих материалов при изготовлении покрытых электродов чаще всего используют натриевое, калиевое или натриево-калиевое жидкое стекло В покрытиях некоторых электродов для связки применяют лаки и порошкообразные пластмассы. Многие составляющие покрытия выполняют одновременно несколько функций. Например, мрамор, магнезит и доломит являются и газообразующими и шлакообразующими составляющими; полевой шпат, слюда, жидкое стекло - шлакообразующими и стабилизаторами; ферросплавы- раскислителями и легирующими. Состав покрытия выбирают в зависимости от назначения электродов и требуемых состава и свойств металла шва.

Классификация электродов. Электроды для ручной дуговой сварки классифицируют по следующим основным признакам: по назначению - для сварки стали, чугуна, алюминия, для наплавочных работ и т. п ; по типу покрытия - целлюлозные, рутиловые, фтористо-кальциевые, ильменитовые, рудно-кислые и др.; по механическим свойствам металла шва; по способу нанесения покрытия - окунанием или опрессовкой; по количеству покрытия, нанесенного на стержень, - голые электроды, тонкопокрытые, толстопокрытые.

Все эти признаки тесно взаимосвязаны. Группы тех или иных признаков положены в основу классификации электродов в национальных стандартах различных стран. Электроды для сварки и наплавки сталей в зависимости от назначения в соответствии с ГОСТ 9466-60 подразделены на ряд классов: для сварки углеродистых и легированных конструкционных сталей; для сварки легированных теплоустойчивых сталей; для сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами; для наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами.

Электроды для сварки конструкционных и теплоустойчивых сталей согласно ГОСТ 9467-60 классифицированы по механическим характеристикам металла шва и сварного соединения, выполненных этими электродами. Электроды для сварки теплоустойчивых сталей классифицированы, кроме того, и по химическому составу металла шва. ГОСТ 9467-60 устанавливает в зависимости от состава следующие виды покрытий электродов для сварки конструкционных и теплоустойчивых сталей: рудно-кислое, обозначаемое буквой Р; рутиловое- Т; фтористо-кальциевое-Ф; органическое - О.

Электроды для сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами по ГОСТ 10052-62 подразделены на ряд типов в зависимости от химического состава наплавленного металла и механических свойств металла шва. Каждому типу может соответствовать одна или несколько марок электродов. Марка электродов характеризуется определенным составом покрытия и электродного стержня, технологическими свойствами и свойствами металла шва.

Механические свойства, регламентируемые стандартом или техническими условиями для электродов данной марки, относятся к случаю наплавки металла или сварки стыкового шва сравнительно небольшой длины. В зависимости от условий сварки механические свойства металла шва реальной сварной конструкции могут отличаться от свойств электродов, указанных в стандарте или паспорте.

Наиболее полно свойства каждой конкретной марки электродов отражены в паспорте. Паспорт содержит следующие сведения: условное обозначение электродов, их назначение, марку сварочной проволоки и данные о покрытии электродов. К последним относятся состав, номера стандартов или технических условий