Лекции 18-25 (1043961), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Прогнозирование свойств швов по условным обозначениям электродов с покрытием в соответствие со стандартами РФ
Формирование защиты металла при сварке электродами с покрытием и порошковой проволокой
Для получения качественного соединения необходимо предотвратить химическое взаимодействие металла с воздухом. Это практически достигается при сварке электродами с защитно-легирующим покрытием, как показано на рис. 10.14. Электродный
| Рис. 10.14. Схема газошлаковой защиты металла при сварке элект- 1 − стержень электрода; 2 – сварочная ванна; 3 – шов; 4 – шлак; 5 − защитный газ; 6 − капли электродного | Рис. 10.15. Зависимость динамического давления защитной газовой струи от расстояния l между втулкой покрытия и поверхностью металла при сварке электродами УОНИ-13/55 диаметром 2,5 мм (кривая 1) и 5 мм |
Р
ис. 10.16. Схема замера динамического давления газов, образующихся
при дуговой сварке электродами с покрытием:
1 – электрод; 2 – свариваемое изделие; 3 – медный зонд
стержень плавится с опережением плавления покрытия, что приводит к образованию конусного углубления – втулки. Она направляет поток защитных газов, выделяемых при нагреве покрытия, и капли металла в сварочную ванну. Давление газов в дуге, измеренное специальным зондом, достигает 0,5 МПа (рис. 10.15, 10.16). Это препятствует доступу воздуха в зону сваривания. Капли металла проходят через дуговой промежуток, будучи уже
закрытыми тонким слоем шлака, образованного при одновременном плавлении покрытия. Металл сварочной ванны также защищен слоем взаимодействующего с ним жидкого шлака.
Назначение и основные элементы электродных покрытий
Состав электродного покрытия определяется функциями, которые оно должно выполнять:
– защита зоны сварки от кислорода, водорода и азота воздуха;
– раскисление металла сварочной ванны;
– легирование сварочной ванны заданными компонентами;
– стабилизация дугового разряда;
– обеспечение вязкости шлака, препятствующей его стеканию (при сварке на вертикальной поверхности и в потолочном положении);
– легкая отделимость шлаковой корки;
– экологичность процесса.
Электродные покрытия состоят из целого ряда компонентов, которые условно можно разделить на шлакообразующие, газообразующие, ионизирующие, раскисляющие, легирующие и связующие. Некоторые компоненты могут выполнять несколько функций одновременно.
Шлакообразующими компонентами служат оксиды и минералы: мел, мрамор СаСО3, магнезит MgCO3, полевой шпат К2О
Al2O3 6SiO2; глинозем Al2O3, флюорит CaF2, рутил TiO2, кварцевый песок SiO2 и гематит Fe2O3. При сплавлении эти компоненты образуют шлаки различного состава и основности.
Газообразующие компоненты – это вещества, разлагающиеся при нагреве с выделением большого объема защитного газа, вытесняющего атмосферный газ, главным образом азот. К ним относятся соли угольной кислоты – карбонаты, а также органические вещества: декстрин, крахмал, целлюлоза, которые, сгорая в электрической дуге, дают много газообразных продуктов: CO2, СН, CO, H2, H2O.
Ионизирующие компоненты – это соединения, при нагреве выделяющие атомы щелочных металлов с малым потенциалом ионизации: Na, K, Ca, Ва. Ионы этих элементов снижают электрическое сопротивление дугового промежутка и делают дугу устойчивой.
Раскислителями и легирующими компонентами служат металлические порошки или порошки ферросплавов (сплавы железа с другими элементами: ферромарганец, ферросилиций, феррохром, ферротитан, ферровольфрам и др.). Они сохраняют легкоокисляющиеся элементы при нагреве и быстро растворяются в жидкой стали. Только медь и никель вводят в виде порошка металла, так как они при сварке почти не окисляются. Раскисляющие компоненты в отличие от легирующих могут не входить в состав шва.
Связующими компонентами могут быть силикаты натрия и калия Na2SiO3 и K2SiO3, т. е. жидкое стекло или полимеры. Они соединяют порошки упомянутых выше компонентов в пластичную массу, которая напрессовывается на подготовленный металлический стержень в особых прессах.
Технологические компоненты обеспечивают повышение технологических свойств покрытия при производстве электродов. К ним относятся пластификаторы: декстрин, бетонит, слюда. Технологические компоненты, как правило, ухудшают механические свойства наплавленного металла. Поэтому их выбирают на компромиссной основе.
У всех компонентов, идущих на изготовление покрытий, следует строго контролировать содержание таких вредных примесей, как сера и фосфор.
Особенности нанесения электродных покрытий
Современное производство электродов с покрытиями является сложным и высокоавтоматизированным процессом. Его основные этапы, схематично представленные на рис. 10.17, включают в себя следующие операции:
–
правку, очистку и рубку сварочной проволоки на стержни;
Рис. 10.17. Схема нанесения покрытия на стержни прессованием:
1 − отрезание стержня; 2 − подача стержня в камеру; 3 − нанесение покрытия;
4 − очистка торца стержня и места для подвода тока; 5 − готовый электрод
– особо тонкий размол компонентов покрытия, смешивание со связующими, получение пластичной обмазочной массы и ее прессование в брикеты;
– нанесение покрытия на стержни путем проталкивания стержней через брикет и фильеру в контейнере под давлением до 75 МПа;
– сбрасывание электродов на ленточный конвейер;
–
клеймение краской покрытия, механическая очистка от покрытия одного конца стержня для подвода электрического тока, а другого – для зажигания дуги;
– медленное провяливание, просушку в течение 2…10 ч при 623…393 К.
Нарушение процесса вызывает отрыв покрытия выделяющимися парами. К качеству электродного покрытия предъявляют следующие требования:
1) отсутствие эксцентриситета покрытия и стержня, которое достигается прямолинейностью стержня, что требует тщательной наладки рубочного станка. Это особенно сложно при изготовлении электродов малых диаметров;
2) достаточная прочность сцепления со стержнем, которая определяется при бросании готового электрода с высоты 0,5…1 м;
3) отсутствие влаги на покрытии, которое обеспечивается тщательной сушкой и хранением в герметичной таре (рис. 10.18).
Качество полученного сварного соединения зависит от относительной массы покрытия, выраженной в процентах:
(10.29)
где gп – масса нанесенного покрытия; gст – масса металлического стержня электрода.
Обычно электроды для дуговой сварки имеют относительную массу покрытия Kп = 25…35 %, но так как плотность покрытия меньше, чем электродного металла, то объем покрытия значительно больше. Электроды для наплавочных работ, содержащие в покрытии много ферросплавов, имеют бóльшую относительную массу покрытия (Kп = 50…80 %).
При больших значениях Kп растут и потери металла вследствие разбрызгивания и попадания в виде включений в шлак. Производительность процесса сварки определяется коэффициентом расплавления Kр или коэффициентом наплавки Kн. Последний несколько меньше, так как его определяют с учетом потерь металла ().
Основные типы электродных покрытий
Для сварки сталей разработано четыре основных типа электродных покрытий, которые по ГОСТ 9467–75 классифицированы следующим образом: рудно-кислые, основные, рутиловые, целлюлозные. Составы некоторых представителей каждого типа приведен в табл. 10.5.
1. Рудно-кислые покрытия (А) состоят из оксидов железа, марганца, титана и кремния. Они представляют собой шлаковую основу покрытия. Газовая защита создается органическими составляющими (крахмал). Раскислителем и рафинирующим элементом служит ферромарганец. В состав этой группы входят электроды марок ОММ-5, ЦМ-7, МЭЗ-04, СМ-5 и др.
2. Основные покрытия (Б) построены на основе карбоната кальция СаСО3 (мрамора) и плавикового шпата CaF2 (флюорита), которые служат шлакообразующими компонентами. Они также создают газовую защиту при диссоциации мрамора (СаСО3 =
= СаО + СО2). В качестве раскислителей и легирующих компонентов используют ферротитан, ферромарганец и ферросилиций, а рафинирование обеспечивает СаО. В состав этой группы входят электроды марок УОНИ-13, СМ-11, ОЗС, МР и др., предназначенные для сварки легированных и высоколегированных сталей.
3. Рутиловые покрытия (Р) построены на основе рутила TiO2 с добавками SiO2, магнезита МgСО3 и других шлакообразующих компонентов. В качестве газообразующих веществ используются органические материалы (целлюлоза, декстрин) и карбонаты (MgCO3, CaCO3). Раскислителем и рафинирующим компонентом служит ферромарганец. Для повышения коэффициента наплавки в эти электроды вводят порошок железа. Типичными марками электродов с таким покрытием являются АНО-4, АНО-5, АНО-6.
Таблица 10.5. Составы электродных покрытий, %
| Компоненты | Вид покрытия и марка электрода | |||
| А МЭЗ-04 | Б УОНИ-13/55 | Р ЦМ-9 | Ц ЦЦ-1 | |
| Кварцевый песок SiO2 | 15 | 9 | – | – |
| Марганцевая руда MnO2 | 24,5 | – | – | – |
| Титано-магнетитовая руда | 30 | – | – | – |
| Ферромарганец FeMn | 21,5 | 5 | 15 | 20 |
| Крахмал | 4 | – | – | – |
| Селитра калиевая | 5 | – | – | – |
| Мрамор СаСO3 | – | 54 | – | – |
| Плавиковый шпат | – | 15 | – | – |
| Ферросилиций FeSi | – | 5 | – | – |
| Ферротитан | – | 12 | – | – |
| Рутил ТiO2 | – | – | 48 | 25 |
| Магнезит MgCO3 | – | – | 5 | – |
| Полевой шпат | – | – | 30 | – |
| Декстрин (органика) | – | – | 2 | – |
| Оксицеллюлоза | – | – | – | 45 |
| Тальк (пластификатор) | – | – | – | 10 |
| Примечание. Связующие (жидкое стекло, силикат калия и натрия 1:1) составляют 25–30 %. | ||||
4. Целлюлозные покрытия (Ц), состоят преимущественно из газообразующих веществ (целлюлоза). Они создают хорошую газовую защиту при малом объеме шлака. Шлакообразующими служат (в небольших количествах) оксиды железа, марганец и титан. Для раскисления и рафинирования сварочной ванны добавляют соответственно ферросилиций и ферромарганец. Покрытия такого типа имеют электроды ЦЦ-1, ОМА-2, применяемые для сварки труб с узкими разделками кромок и для тонколистового металла.
Все четыре типа покрытия при сварке создают парогазовые выделения, ухудшающие экологию рабочего места. Наибольшую токсичность имеют электроды с покрытием А, содержащим много легкоиспаряющегося марганца. В настоящее время продолжается работа по созданию новых малотоксичных электродных покрытий с пониженным содержанием ядовитых газов флюорита CaF2 и паров марганца, а также с более высокими технологическими свойствами. Это достигается изменением смешанных покрытий: АР, БР, РЦ и др.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
