Преимущества и недостатки кислых покрытий. Часть 1

Преимущества - высокая скорость расплавления, возможность сварки на форсированных режимах, высокая проплавляющаяся способность, хорошая производительность при сварке в нижнем положении.

Недостатки с металлургической точки зрения - металл шва имеет повышенное содержание кислорода, фосфора, серы и чувствителен к образованию холодных и горячих трещин, сравнительно невысокий уровень характеристик механических свойств металла шва, неблагоприятные санитарно-гигиенические показатели для сварщика.

Преобладание основных оксидов в расплавленном шлаке от электродного покрытия, т. е. основной тип покрытия электродов, делает преобладающей металлургической реакцией реакцию восстановления закиси железа металлом с большой теплотой образования оксида, обычно кремнием или титаном:

2FeO + Si = 2Fe + Si0₂.

Реакция протекает без газообразования и кипения ванны. Основными окислами являются Na₂O; CaO; MgO; МnО; FeO и др.

В обмазку вводятся достаточно прочные оксиды, не отдающие кислород ванне и не окисляющие металл, например, оксид кальция. Металлургический процесс сходен с выплавкой спокойной стали.

Кислород находится в расплавленном железе в форме закиси железа FeO, имеющей ясно выраженный основной характер и реагирующей с кислотными оксидами шлака, если они содержатся в избытке, образует силикаты или титаниты закиси железа 2FeOxSiO₂ и 2FeOxTiO₂, которые в ванне металла практически нерастворимы и переходят из металла в шлак, т. е. удаляют закись железа из ванны шлаком. Сильноосновной характер обмазки - с большим содержанием окиси кальция СаО - дают шлаки, обеспечивающие получение металла шва особо высокого качества. Шлаки основного характера не раскисляют металл, и для уменьшения содержания кислорода в ванне в обмазку приходится вводить сильные раскислители (кремний, титан) в форме ферросплавов.

Основные покрытия обычно базируются на карбонате кальция СаСO₃ (мрамор, мел) и плавиковом шпате (флюорите) - CaF₂. В состав покрытия вводят также минеральные силикаты (кварц, гранит и т. д.) и несколько раскислителей одновременно (ферромарганец, ферросилиций, ферротитан). Образующийся расплавленный шлак, содержащий оксиды кальция, кремния, железа, алюминия, носит ярко выраженный основный характер.

Сварку электродами с основным покрытием выполняют в постоянном токе обратной полярности, (+) на электроде.

Достоинством электродов с основным покрытием является малое содержание оксидных включений в металле шва. Это обусловливает высокие вязкопластические свойства металла шва и хорошую сопротивляемость образованию горячих трещин. На базе основных покрытий выпускают "низководородные" электроды, обладающие малой чувствительностью к образованию холодных трещин.

К недостаткам основного покрытия электродов следует отнести: низкую технологичность при сварке переменным током; трудности при изготовлении, в частности, необходимо применение особых добавок, пластификаторов - веществ, повышающих пластические свойства обмазочной массы: чувствительность к порообразованию при увлажнении покрытия и наличии влаги, окалины, ржавчины на свариваемых кромках. Необходимо строго ограничивать содержание влаги в электродном покрытии путем высокотемпературной прокалки при изготовлении и повторной прокалке перед сваркой при температуре 260-350ºС. Хранить электроды с основным покрытием нужно в герметичной таре.

Преимущества и недостатки кислых покрытий. Часть 2

В России и за рубежом основное покрытие используется для электродов специального назначения: высокопрочных, хладостойких, теплоустойчивых, жаропрочных, коррозионно-стойких и т. д.

Органические вещества (целлюлоза, крахмал, декстрин, сахар, пищевая мука, древесная мука и т. п.) вводятся в оба типа покрытий для газовой защиты сварочной дуги. Под действием высокой температуры при сварке они разлагаются с образованием смеси газов, имеющих восстановительные свойства, и защищают металл шва от воздействия атмосферного воздуха. Защитная газовая оболочка, образуемая от разложения органических соединений, ограждает ванну от доступа кислорода и азота, а соединения железа с азотом в присутствии газа, богатого водородом (от органики), практически не образуются.

Рафинирование металла шва выполняется также за счет химического взаимодействия расплавленного шлака с ванной.

Основные вредные для сварочной ванны газы - это водород, азот и кислород.

Применяется два способа борьбы с этими газами:

• физический - это защита сварочной ванны от компонентов, содержащих водород, азот и кислород;
• химический - перевод газов из растворимого состояния в нерастворимое.

Водород - растворяется в большинстве металлов в зависимости от температуры металла. Водород - вредная примесь. Он является причиной пор, микро- и макротрещин в шве и зоне термического влияния. При быстром затвердевании ванны водород в виде газовых пузырей может остаться в сварном шве и под большим давлением.

Азот растворяется в элементах, с которыми образует соединения, называемые нитридами. Это твердые игольчатые кристаллы со слабой взаимосвязью. Они заметно уменьшают вязкость и увеличивают твердость металла шва. Азот не растворяется в меди, никеле, золоте, серебре и не образует с ними химических соединений (инертный по отношению к ним газ). Азот способствует образованию пор в металле шва.

Кислород. С увеличением содержания в металле шва более 0,05% кислорода ухудшаются механические свойства сварного соединения. Для улучшения прочности стали применяют раскислительный процесс, восстановительные реакции, т. е. железо восстанавливается из растворенной закиси железа металлом, обладающим более высоким химическим сродством к кислороду и дающим оксид с очень малой растворимостью в железе.

Для большинства металлов и сплавов при сварке для устранения окислительных процессов в присадочные материалы, покрытия (обмазки) и флюсы вводят специальные раскислители - это вещества, которые имеют большее сродство к кислороду, чем металл шва.

С помощью окислительно-восстановительных реакций и взаимодействия расплавленного шлака с ванной происходит рафинирование шва, даже с растворением при высоких температурах некоторых вредных неметаллических включений и образованием с ними легкоплавкой смеси, которая всплывает в шлак.