Виды покрытий электродов: характеристики, назначение

Назначение покрытия электродов

При проведении сварочных работ основная функция защитной обмазки стержней состоит в формировании шлаковой оболочки на двигающихся в дуговом промежутке каплях металла электрода и на поверхности кромочного материала соединяемых элементов.

Благодаря шлаковому слою остывание и затвердевание расплава замедляется, что позволяет избавиться от газов и включений, отрицательно сказывающихся на качестве соединения. Во многих видах покрытия электродов шлакообразование происходит благодаря каолину или титановому концентрату.

В основном, обмазка стержней предназначена для:

1. Создания барьера, предохраняющего дугу и металл в сварочной ванне от взаимодействия с атмосферным азотом и кислородом. Кроме того, покрытие не дает сплаву контактировать с водородом, содержащимся в испаряющейся воде.
2. Предохранения самой дуги и металла в области сварочной ванны от взаимодействия с присутствующими в составе атмосферы азотом, кислородом, а также водородом, который содержится в водяном паре. Защита при этом имеет две степени: обволакивание рабочей зоны парами углекислого газа и окислов и шлаковая пленка на поверхности расплава.
3. Обеспечения высокого качества кристаллизации металла без порообразования, зашлаковывания и растрескивания.

Среди второстепенных задач обмазки:

1. Поддержание стабильности при различных режимах сварки и упрощенное зажигание сварочной дуги. Бесперебойное горение обеспечивается присутствием в обмазке большого количества элементов, не склонных к ионизации. При этом в дуге растет число ионизированных частиц, которые обеспечивают ее ровное горение.
2. Удаление из расплава атомов кислорода. Это происходит благодаря способности ферросплавов, присутствующих в покрытии, более активно взаимодействовать с этим газом.
3. Освобождение расплавленного металла в сварочной ванне от вредных включений. Данный процесс принято называть рафинированием.

Диаметр покрытия электродов

Сегодня можно купить самые разные виды сварочных стержней в зависимости от типа металла и предполагаемой нагрузки на будущее изделие. Для электродов с обмазкой характерны два значения диаметра: самого стержня и обмазки с напылением. Выбирая вариант для конкретной работы, следует помнить, что чем больше диаметр, тем более объемные элементы можно сварить с помощью таких электродов.

Внимание! Настройки оборудования необходимо выставлять, исходя из двух основных параметров: диаметра стержней и толщины соединяемых заготовок. Особенно важен ампераж, так как высокая сила тока сопряжена с риском сквозного прожигания детали, а при недостаточных ее значениях не формируется сварочная дуга.

От толщины электрода зависит удобство и скорость сваривания. Кроме того, она влияет на качество шва и надежность изготавливаемых металлоконструкций.

Цифровой индекс указывает величину минимального гарантированного значения сопротивления шва на разрыв. Чем меньше это значение, тем слабее соединение.

К примеру, индекс 50 означает сопротивляемость разрыву от 50 кгс/мм2. Стержни с обмазкой Э42А предназначены для работы с металлом, имеющим аналогичные показатели прочности на разрыв, когда необходимо получить шов с повышенной ударной вязкостью и относительным удлинением. Буква А указывает на обмазку кислого типа.

Толщина покрытия электродов

При выборе электродов для определенного вида сварочных работ обращают внимание не только на объем обмазки и диаметр стержня, но и на толщину защитного покрытия.

Определяется она как соотношение общей толщины электродов (D) к диаметру их стержней (d). Иными словами, тонкие электроды могут обладать меньшим объемом обмазки, если у них больше отношение D/d.

В зависимости от данной величины, электроды могут принадлежать к одной из четырех категорий:

• соотношение ≥1,2 характерно для тонких или стабилизирующих электродов (их принято обозначать буквой М);
• соотношение ≥ 1,45 означает принадлежность к средним электродам (С);
• для толстых электродов, маркируемых буквой Д, соотношение ≤ 1,8;
• буква Г в маркировке означает особо толстые электроды с соотношением >1,8.

Электроды высокого качества имеют толщину обмазки 0,5–2,5 мм или 20–40 % от массы внутренних стержней. Стержни с железным порошком, которые применяются для получения высококачественного шва, рассчитанного на высокие нагрузки, имеют диаметр 3,5 при массовой доле 50 %.

Далее рассмотрим основные виды покрытия электродов.

Электроды с кислым покрытием (символ А)

Кислое покрытие содержит окислы таких элементов, как железо, марганец и кремний. Важно помнить о токсичности оксидов марганца, вредных для здоровья. Именно поэтому их применяют все реже. Вместо кислых покрытий в наши дни чаще пользуются рутилово-кислыми.

Пределы прочности швов, получаемых при использовании электродов с такими обмазками (типа Э38 и Э42 по ГОСТ 9467 от 1975 г.), – не более 412 МПа. Для подобных стержней характерна низкая чувствительность к окалине и ржавчине на кромках соединяемых элементов, их можно применять в сварке удлиненной дугой. Также они подходят для работы с постоянным и переменным током.

Большое количество кислорода, которое выделяется при сварке стержнями с такой обмазкой, способствует увеличению текучести расплава в сварочной ванне за счет повышения температуры горения дуги и снижения поверхностного натяжения. Благодаря этому ускоряется процесс сваривания заготовок, но усиливается риск появления таких изъянов шва, как подрезы, растет склонность металла шва к горячему растрескиванию.

Плюсы кислого покрытия на стержнях:

• легкость зажигания и стабильность горения дуги;
• использование постоянного и переменного тока;
• отсутствие порообразования при работе со ржавым или покрытым окалиной металлом;
• стойкость к воздействию влаги и механическим повреждениям;
• ровность получаемого шва;
• легкое отделение шлака.

Минусы электродов с кислым покрытием:

• образование дефектов (подрезы и горячие трещины);
• токсичность.

Электроды с целлюлозным покрытием (символ Ц)

Среди различных видов покрытий электродов для сварки есть обмазки, половину которых составляет целлюлоза и другая органика. Кроме того, в их составе возможно присутствие органических смол, талька, ферросплавов и других веществ.

Для металла шва, полученного с помощью такого электрода, характерно повышенное содержание водорода. Химический состав материала аналогичен спокойным и полуспокойным сталям, а механические свойства соответствуют типам Э42, 46 и 50 (ГОСТ 9467 от 1975 г.) с пределами прочности 412, 451 и 490 МПа соответственно.

Такие преимущества, как значительное количество защитного газа и низкое шлакообразование, позволяют использовать подобные электроды для формирования вертикальных швов на спуск. Односторонняя сварка на весу с применением стержней с целлюлозной обмазкой сопровождается образованием у швов равномерных обратных валиков.

Также стоит упомянуть значительное разбрызгивание жидкого металла и пониженную пластичность материала швов, что связано с выделяющимся при сгорании органики водородом.

К плюсам применения стержней с целлюлозной обмазкой следует отнести:

• несложность зажигания и стабильность горения дуги;
• работа с постоянным и переменным током;
• легкость удаления шлака;
• возможность сварки нижних, вертикальных и потолочных швов;
• хорошая защита сварочной ванны;
• отсутствие ядовитых выбросов при сварке;
• чистота корневого шва.

Минусы электродов с целлюлозным покрытием:

• сильное разбрызгивание расплава;
• чешуйчатость поверхности швов;
• высокая концентрация водорода в защитных газах;
• склонность к образованию небольших подрезов и трещин на краях шва;
• необходимость прокалки электродов перед сваркой.

Электроды с рутиловым покрытием (обозначение Р)

В состав рутилового покрытия стержней входят природный рутиловый концентрат или двуокись титана TiO2, кремнезем (гранит, полевой шпат, слюда), карбонаты кальция и магния, ферромарганец.

Химический состав металла в местах соединения аналогичен спокойным и полуспокойным сталям. Чаще всего электроды с обмазкой на основе рутила по характеристикам шва относятся к типам Э42 и Э46 с предельной прочностью 412 и 451МПа (согласно ГОСТ 9467 от 1975 г.). Склонность к растрескиванию материала швов у стержней с рутиловой обмазкой ниже, чем у электродов с кислыми покрытиями.

Помимо чисто рутиловой обмазки, часто применяют покрытия смешанного типа с отличными технологическими характеристиками: рутилово-целлюлозные (РЦ), рутилово-основные (РБ), кисло-рутиловые (АР).

Электроды с рутиловым покрытием отличаются низкой чувствительностью к влаге, окислам и ржавчине на свариваемых деталях.

В отличие от остальных видов покрытия электродов для ручной дуговой сварки, рутиловая обмазка наименее вредна для здоровья.

Преимущества рутилового покрытия стержней:

• простота повторного зажигания дуги;
• равномерность горения дуги;
• возможность работы по неподготовленным кромкам деталей;
• прочные швы и отсутствие горячего и холодного растрескивания;
• мелкочешуйчатая поверхность швов;
• легкость отделения шлака;
• возможность работы с использованием переменного или постоянного тока.

Минусы рутилового покрытия:

• необходимость прокаливания электродов;
• контроль силы тока, так как увеличение заряда ведет к снижению качества швов.

Рутиловые электроды пользуются популярностью за счет универсальности. Их применяют для сваривания конструкций из низкоуглеродистой стали, отрезков трубопроводов и ремонта пришедших в негодность металлических изделий.

Электроды с основным покрытием (символ Б)

В состав основного покрытия стержней входят карбонаты магния, кальция (доломит, магнезит и мрамор) и плавиковый шпат, причем последний отрицательно сказывается на качестве сварки при работе с переменным током. Электроды с обмазкой такого типа обычно используются с постоянным током. Сварочные работы с применением и постоянного, и переменного тока могут осуществляться благодаря смешанному покрытию с меньшим содержанием дифторида кальция.

Химический состав наплавляемого металла при работе стержнями с покрытием основного типа схож со спокойными сталями, а его механические свойства соответствуют типам Э42А, Э46А, Э50, Э55 и Э60 (согласно ГОСТ 9467 от 1975 г.). Самый популярный из них – Э50А, он имеет максимальную временную прочность на разрыв 490 МПа. Буква А в маркировке говорит об улучшенной пластичности наплава.

Эти виды покрытия сварочных электродов позволяют формировать сварные швы высокой пластичности и ударной вязкости в диапазоне от нормальной до низкой температуры. Подобные наплавы имеют высокую стойкость к горячему растрескиванию, что становится возможным благодаря низкому содержанию газа, включений неметаллического характера и вредных компонентов.

Не стоит забывать и о недостатках такой обмазки. Подобным электродам свойственно порообразование из-за наличия продуктов коррозии, масел и окалины на кромках соединяемых элементов. Данный эффект наблюдается и при попадании влаги на покрытие или удлиненной дуге. Стержни должны храниться в сухих проветриваемых помещениях. Перед началом работы их необходимо прокаливать до высокой температуры. Производить сварку лучше всего на постоянном токе с обратной полярностью.

Преимущества основного покрытия:

• вязкость и пластичность металла шва;
• низкое содержание газа и посторонних включений в наплаве;
• получение швов, устойчивых к образованию горячих трещин;
• возможность сварки нижних, вертикальных и потолочных швов.

Недостатки основного покрытия:

• чувствительность к воздействию влаги;
• нестабильная дуга при использовании переменного тока;
• порообразование при удлиненной дуге;
• ухудшение соединения при работе на влажных поверхностях;
• необходимость прокаливания стержней с основной обмазкой перед началом работ;
• требовательность к подготовке поверхности;
• сложность для начинающих специалистов.

С помощью таких электродов сваривают ответственные металлоконструкции, особенно если требуется выполнить швы с высоким качеством. С помощью стержней с обмазкой основного типа проводят сварочные работы при строительстве нефте- и газопроводов, мостов и прочих подобных объектов.

Из-за того, что большинство покрытий чувствительно к воздействию влаги, важно хранить электроды в сухих и проветриваемых помещениях, а также прогревать и высушивать стержни при необходимости перед началом работ во избежание постоянного их залипания и прерывания дуги.

Приобретая данные приспособления для сварки, обязательно убедитесь в целостности полиэтиленовых упаковок и отсутствии следов намокания на картонных коробках. Если же электроды отсырели, их можно просушить посредством обычной духовки.

При выборе стержней с защитной обмазкой для проведения сварочных работ важно учитывать характер и назначение соединений. Мы рассмотрели основные типы защитных покрытий, их плюсы и минусы. Будем рады, если информация, изложенная в обзоре, поможет вам в подборе стержней с оптимальными характеристиками.