Электрогазосварка. Электросварка. Газосварка

§ 11. Металлургия ручной электродуговой сварки

Электрод состоит из обмазки (покрытия) и стального стержня. В состав покрытия и стержня вводятся компоненты, обеспечивающие в процессе сварки необходимую металлургическую обработку сварочной ванны. Электродные покрытия во время горения сварочной дуги между электродом и изделием защищают зону сварки от кислорода и азота воздуха, раскисляют и легируют расплавленный металл сварочной ванны, создают устойчивость дугового разряда и обеспечивают заданные механические свойства сварному шву, а также необходимую структуру металла и требуемый химический состав сварного шва.

Защита зоны сварки от атмосферного влияния кислорода и азота бывает шлаковая, газовая и шлако-газовая.

В покрытиях современных электродов .используется в основном шлако-газовая защита. Электродные покрытия должны иметь определенный интервал затвердевания, что в свою очередь определяет применимость электродов для сварки в различных положениях. В зависимости от того, как осуществляется защита расплавленного металла сварочной ванны — электродные покрытия разделяются на рудно-кислое, фтористо-кальциевое (основное), рутиловое и газозащитное.

В покрытиях рудно-кислого типа для шлаковой защиты используют окислы железа, марганца, титана и кремния.

Газовая защита дугового пространства создается органическими составляющими (например, крахмалом). Поэтому при сварке электродами, имеющими рудно-кислое покрытие, происходит интенсивное образование газов СО, Н2, С02, Н20, которые образуют хорошую защиту расплавленного металла сварочной ванны от азота. Высокое содержание в этом покрытии гематита (Fe203) требует значительного количества раскислителей в виде ферромарганца. При расплавлении электродного покрытия гематит, соединяясь с железом, образует закись железа (FeO).

Fe203 + Fe = 3FeO.

Поэтому для погашения образования закиси железа, способной хорошо растворяться в расплавленном металле и вводится ферромарганец. Хотя и в этом покрытии находится много ферромарганца содержание кислорода в наплавленном металле остается достаточно высоким. Покрытия рудно-кислого типа мало чувствительны к ржавчине, находящейся на свариваемых кромках, вследствие большой окислительной способности.

Покрытия фтористо-кальциевого типа, построенные на основе мрамора(СаСОз) и плавикового шпата (CaF2) газовую защиту сварочной ванны обеспечивают диссоциацией мрамора.

Раскислителями в покрытии фтористо-кальциевого типа являются ферротитан, ферромарганец и ферросилиций. В процессе плавления мрамор распадается на окись кальция (СаО) и углекислый газ (С02).

СаСОз->СаО + С02.

Элементы-раскислители углекислый газ (С02) переводят в окись углерода (СО), хотя часть С02 остается невосстановленной. Поэтому газовая фаза этих электродов по отношению к жидкому металлу является окислительной во всем температурном интервале сварки. Содержание FeO в шлаке этого покрытия является незначительным, поэтому шлаки не оказывают окисляющего действия на расплавленный металл сварочной ванны. Наличие в покрытии сильных раскислителей (титан, кремний, марганец, а в некоторых случаях и алюминий) обеспечивают невысокую концентрацию кислорода в наплавленном металле, а наличие в покрытии фтористого кальция (CaF2) обеспечивает удаление водорода из расплавленного металла сварочной ванны.

Однако, ввиду высокой раскисленности покрытия, растворимость водорода в металле ванны остается высокой. Поэтому при сварке по ржавым кромкам, повышенной влажности покрытия и при сварке длинной дугой в сварных швах образуются поры. Наличие в покрытии марганца связывает серу в сульфид марганца, что предотвращает образование трещин при сварке электродами фтористо-кальциевого типа.

Рутиловые покрытия, построенные на основе рутила (ТЮ2), имеют некоторые шлакообразующие компоненты в виде полевого шпата, магнезита и др. Газовая защита в них создается органическими веществами (целлюлозой, декстрином) и карбонатами. Раскислителем в этом покрытии является ферромарганец. При сварке электродами рутилового типа в начальной стадии нагревания имеет интенсивный распад органических веществ и диссоциация карбонатов, как например, магнезита

MgC03 = MgO + С02,

в результате чего в газовой фазе дуги содержатсяСО2, СО и 02.

В результате наличия С02, СО и 02 концентрация водорода меньше чем у электродов руднокислого типа, что позволяет увеличить степень раскисленности металла шва за счет увеличения содержания кремния. Основная часть марганца в процессе сварки испаряется или окисляется.

Электроды с газозащитными покрытиями в своем составе имеют до 50% органических газообразующих составляющих (пищевая мука, целлюлоза и т.д.), Образующих в процессе дугового разряда в больших количествах СО и Н2. Для предупреждения насыщения расплавленного металла сварочной ванны водородом и предупреждения парообразования повышают степень окисленности сварочной ванны путем введения в покрытие титанового концентрата (Ti02*Fe0), марганцевой руды (MnQ) и плавикового шпата (CaF2). Плавиковый шпат связывает водород в нерастворимое в металле соединение (HF) фтористый водород. Для устранения пористости, связанной с выделением окиси углерода (СО) во время кристаллизации сварочной ванны вводят в покрытие ферросилиций, который подавляет образование реакции СО.

При выборе электродов для сварки металлов необходимо учитывать следующие основные особенности:

1)   марку свариваемого металла;

2)   требования, предъявляемые к сварным соединениям по химическому составу, структуре и механическим свойствам, а также технологическую применимость рассматриваемой марки электродов.

вверх страницы