ПРОИЗВОДСТВО ЭЛЕКТРОДОВ ДЛЯ РУЧНОЙ СВАРКИ

Назначение термообработки. Требования к покрытию электродов после термообработки

Термообработку электродов проводят с целью придания покры­тию достаточной механической прочности при содержании в нем влага в пределах, как способствующих нормальному протеканию сва­рочного процесса, так и позволяющих обеспечить заданный химичес­кий состав и свойства наплавленного металла и сварных соединений. Обычно тепловые режимы полного цикла термообработки электро­дов, изготовленных с применением растворов жидкого стекла в каче­стве связующего, наряду с механической прочностью обеспечивают и влагостойкость покрытия (кроме целлюлозных электродов).

Полный цикл термообработки включает предварительную суш­ку (подвяливание, провяливание), окончательную сушку, прокалку и охлаждение.

Подвяливание электродов (атмосферная сушка) — промежуточ­ная операция термообработки, проводимая для постепенного (мяг­кого) удаления влаги из электродного покрытия при температурах, близких или несколько превышающих нормальную, и при невысо­кой относительной влажности окружающей среды (рис. 119) [88].

Под сушкой электродов понимают более интенсивное удаление влаги при температуре примерно до 80 °С в условиях обязательно­го удаления увлажненного воздуха от мест сушки. Прокалка элект­родов, температура которой зависит от вида электродного покры­тия и назначения электродов, призвана обеспечить доведение оста­точной влажности покрытия до установленных норм.

Охлаждение электродов должно быть проведено в условиях, обеспечивающих его постепенность, диктуемую существенными различиями коэффициентов линейного расширения покрытия и стержня.

Сушка и прокалка электродов требуют обеспечения условий по­степенной отдачи влаги электродным покрытием при нагреве и вы­держке, одновременности и равномерности процесса по всей длине электрода.

На процессы подвяливания, сушки и прокалки электродов ока­зывают влияние состав электродного покрытия, материал и диа­метр электродного стержня, толщина электродного покрытия (на сторону), газопроницаемость покрытия, зависящая от грануломет­рического состава шихты, вид и количество органических веществ, температура и относительная влажность воздушной среды, ско­рость движения воздуха, вид и количество жидкого стекла в по­крытии, взаимное расположение электродов и скорость образова­ния поверхностной пленки.

Непосредственно после опрессовки электродов влажность по­крытия составляет обычно 9-12%. Допустимое содержание влаги после термообработки зависит от вида покрытия и назначения эле­ктродов. Так, электроды с основным покрытием, предназначенные для сварки ответственных конструкций из углеродистых и низко­легированных сталей, должны иметь влажность не более 0,2% от массы покрытия (определение влажности проводят с доведением навески покрытия при температуре 400±10 °С до постоянной мас­сы). Для обеспечения указанной влажности прокалку электродов надо производить при температуре 360-400 °С в течение достаточ­но длительного времени.

Электроды с рутиловым и кислым покрытиями содержат в ре­цептуре органику (целлюлозу, крахмал и др.), создающую газовую защиту сварочной ванны, снижая чувствительность к пористости.

В связи с этим высокая температура прокалки таких покрытий не­допустима, так как при этом органические составляющие выгорают и газовая защита резко ухудшается. Поэтому температура прокал­ки таких электродов не должна превышать 185-190 °С. Влажность покрытия указанных электродов определяют после прокалки при температуре 180+10 °С, она может достигать 1,5%.

Покрытие целлюлозных электродов в основном состоит из цел­люлозы. Для обеспечения нормальных сварочно-технологических свойств таких электродов необходима определенная влажность по­крытия: после сушки при 110+5 °С до постоянной массы она долж­на находиться в пределах 0,5-2%. Поэтому электроды прокаливают при температуре 155-160 °С в течение около 15 мин.

В зависимости от конкретного назначения электродов и требо­ваний к свойствам металла шва нормы по влажности электродных покрытий могут быть отличны от вышеуказанных.

Процесс удаления влаги из покрытия достаточно сложен и зави­сит от ряда факторов и, в первую очередь, от способности раство­римых силикатов натрия и калия удерживать влагу, количество ко­торой в процентах от массы сухого остатка жидкого стекла опреде­ляется температурой. Каждой температуре сушки-прокалки соот­ветствует своя определенная остаточная влажность, которую нель­зя изменить увеличением длительности выдержки при этой темпе­ратуре (см. рис. 59). Поэтому приведенные выше, а также приводи­мые в нормативной и справочной литературе допустимые значения влажностей покрытий электродов разного вида, определяемые при различных температурах, являются относительными и несопоста­вимыми между собой.

Ясно, что вместе с увеличением сухого остатка жидкого стекла возрастает и остаточная влажность. Следует отметить влияние со­става покрытия на остаточную влажность: например, кварц увели­чивает ее, а мрамор — несколько снижает.

Повышенная влажность покрытия по сравнению с указанной в нормативной документации приводит к увеличению разбрызгива­ния металла в процессе сварки. В металле, наплавленном электро­дами с основным покрытием, содержание водорода возрастает вы­ше допустимого предела, увеличивается чувствительность к порис­тости швов, а также к появлению других сварочных дефектов. При сварке такими электродами конструкций из сталей повышенной прочности могут появиться подваликовые трещины, что приведет к неисправимому браку.

При неправильно выбранных форсированных режимах термо­обработки электродов отмечены такие дефекты покрытия, как тре­щины различного вида, вспухание, недостаточная его прочность или прочность сцепления со стержнем, мсстные глубокие вмятины от транспортных устройств. Наличие трещин вызывает неравно­мерное плавление покрытия, что в ряде случаев может привести к недостаточной защите сварочной ванны от воздействия атмосферы воздуха. Это особенно заметно проявляется при сварке в верти­кальном и потолочном положениях. Электродные покрытия, имею­щие трещины, быстрее набирают влагу, нежели электроды со сплошным покрытием. Кроме того, при наличии трещин прочность покрытия как правило снижается, может происходить опадание ку­сочков покрытия. Иногда после термообработки на покрытии по­является сетка мелких трещин, невидимых невооруженным глазом (они становятся различимы после легкого смачивания покрытия водой). Такой дефект резко снижает прочность покрытия, что мо­жет негативно сказаться уже при транспортировке электродов. Об­разование сетки трещин связано с разрушением под влиянием со­здавшегося внутри покрытия давления паров наружной корочки, образовывающейся при быстрой влагоотдаче с поверхности покры­тия за счет повышенной скорости воздушного потока.

Жесткий режим сушки электродов обычно приводит к вспуха­нию покрытия электродов и снижению его прочности; возможно отделение покрытия от стержня, появление зазора между покрыти­ем и стержнем на торце электрода. При этом вспухание может уве­личить имеющуюся разнотолщинность покрытия, т. к. затвердева­ние покрытия со стороны меньшей толщины будет происходить быстрее.

Если диаметр электродов, предназначенных для сварки ответст­венных конструкций, при сушке-прокалке существенно возрастает, превышая нормируемые значения, то электроды бракуют. Это свя­зано с тем, что чрезмерное вспухание покрытия нарушает нормаль­ное протекание сварочного процесса и влияет на переход легиру­ющих элементов из покрытия в сварочную ванну.

Низкая прочность покрытия приводит к его повреждению во время штабелирования и транспортировки электродов. Кроме того, как уже было отмечено, в процессе сварки может наблюдаться опа­дание нерасплавившихся кусков покрытия, в связи с чем наруша­ется однородность химического состава металла шва и повышается чувствительность к пористости.

Местные глубокие вмятины также могут снизить однородность химического состава и механические свойства металла шва. Поэто­му их количество и глубину жестко регламентируют технической документацией.

Изложенное показывает, что термообработка электродов явля­ется весьма ответственным процессом. Поэтому перед описанием оборудования, применяемого для термообработки, и рекомендаций по его эксплуатации необходимо краткое ознакомление с теорети­ческими вопросами сушки электродов.