Покрытие сварочных электродов необходимо, чтобы шов получился качественным и имел нужные свойства. Оно защищает соединение от окисления, возникновения пор и трещин.
Обмазка состоит из нескольких компонентов, имеющих вид порошка и соединенных с помощью связывающих веществ.
Существует несколько видов обмазок. Мы будем рассматривать характеристики и состав целлюлозного покрытия.
Состав и примеры целлюлозных электродов
Электрод представляет собой стержень на который нанесено особое покрытие. Его функцией является защита сварочной ванны от попадания соединений и излишних вкраплений. Изоляция рабочей зоны позволяет сделать соединение надежным, прочным и устойчивым к различным нагрузкам.
В составе целлюлозного покрытия имеются:
- Органические соединения — около 50%. Прежде всего это целлюлоза, мука и крахмал. Именно эти компоненты обеспечивают газовую защиту.
- Рутиловый концентрат.
- Мрамор, карбонаты и алюмосиликаты обеспечивают образование шлаковой корки при сварке.
- В зависимости от изготовителя, в составе покрытия могут быть металлические порошки и ферросплавы.
Механические свойства полученного при наплавке металла соответствуют ГОСТу Э45 — 50.
Давайте рассмотрим несколько моделей электродов подобного типа, чтобы составить более детальное представление об их свойствах.
ВСЦ-4М
Стержни применяются для проставления корневого шва и горячего прохода стыков труб. С их помощью варятся стали с небольшим содержанием углерода и легирующих компонентов, чья прочность равна 590 МПа.
Электроды позволяют создать шов, стойкий к образованию пор. Перед работой прутки рекомендуется прокалить при 60°С в течение часа.
ОМА-2
Электроды применяются при работе с тонкими конструкциями и изделиями до 3 мм толщиной и прочностью до 410 МПа. Сварка ими производится на постоянном или переменном токе.
Преимуществом модели является возможность выполнять работы по окисленным поверхностям. Обладают небольшой проплавляемостью, поэтому использовать их можно только с тонким материалом.
ЦЦ-1
Изделия применяются для работы с углеродистыми сталями с небольшим уровнем легирования и прочностью до 451 МПа. Шов при этом получается пластичным и имеет хорошую ударную вязкость.
Электроды используются при сварке в сложных монтажных условиях. Ими удобно выполнять потолочные и вертикальные соединения. Допускается использование как переменного, так и постоянного тока.
Перед работой необходимо выполнять прокалку в течение часа при t около 110°С. Сварка выполняется короткой или средней дугой.
Электроды с целлюлозным покрытием
, по ГОСТ 9466-75 «Электроды покрытые металлические для ручной дуговой сварки и наплавки. Классификация и общие технические условия», в структуре условного обозначения электродов
обозначаются индексом
—
Ц
.
Основу целлюлозных
покрытий (ЦЦ-1, ОМА-2, ВСП-1, ВСЦ-2, ВСЦ-3, ВСЦ-4А, ВСЦ-60 и др.) составляют горючие органические вещества (целлюлоза, травяная мука), которые при разложении в дуге создают большое количество защитных газов, предохраняющих металл сварочной ванны от насыщения атмосферными газами.
Электроды с целлюлозными покрытиями отличаются малым содержанием шлакообразующих материалов (рутила, алюмосиликатов, карбонатов и др.) и умеренной толщиной покрытия.
Большое количество органических веществ в покрытии приводят при их разложении к образованию в дуге не только защитных газов, но и водорода. Это обусловливает значительное наводороживание металла шва, что недопустимо при сварке закаливающихся сталей, имеющих повышенное содержание углерода и легирующих элементов, так как вследствие диффузии водорода в околошовную зону из шва металл охрупчивается и создаются предпосылки к образованию холодных трещин.
Металл шва, выполненный электродами с органическими газозащитными покрытиями, склонен также к образованию горячих трещин при повышенном содержании углерода и серы в свариваемой стали.
К достоинствам
этих электродов относятся малое количество образующихся шлаков и хорошая газовая защита металла, что позволяет легко выполнять сварку без зашлаковывания и без образования пор в швах при отсутствии жестких требований к качеству сборки по зазорам.
При сварке на торце электрода образуется конусная втулка из нерасплавившегося покрытия, что способствует образованию потока газа, который оттесняет жидкий металл сварочной ванны из-под дуги и обеспечивает более глубокое проплавление основного металла. Это особенно важно при сварке:
- корневых слоев швов трубопроводов с гарантированным проваром и образованием равномерного обратного валика;
- других конструкций в монтажных условиях;
- при односторонней сварке на весу.
Хорошая стабильность горения дуги, пригодность для ручной дуговой сварки переменным током, возможность выполнения швов в любых пространственных положениях
(положения сварки плавлением — ГОСТ 11969-79) и перечисленные выше другие технологические преимущества, обеспечивают широкое использование электродов с целлюлозными покрытиями, главным образом при сооружении магистральных трубопроводов из малоуглеродистых сталей.
Электроды с целлюлозным покрытием (марки ВСЦ-4А и др.) используют для сварки корневого шва неповоротных стыков трубопроводов методом опирания сверху вниз со скоростью сварки до 25 м/ч.
При сварке трубопроводов из низколегированных сталей повышенной прочности эти электроды рекомендуются для сварки только корневых швов.
Плюсы и минусы целлюлозных электродов
Положительными особенностями стержней являются:
- Широкое применение. Сварка допускается в любом положении, что дает возможность подобраться к разным местам и выполнить монтаж любой сложности.
- Высокая скорость работы. В час можно сделать до 25 м. шва.
- Хорошая проварка шва.
- Металл полностью защищен от водорода и кислорода.
- Легкая отделяемость шлака.
Среди недостатков нужно отметить следующее:
- На поверхности швов образуется грубая чешуя. Из-за этого приходится обрабатывать их шлифовкой.
- При сгорании может образовываться большое количество водорода, который может попасть в шов и стать причиной образования трещин.
- Во время работы наблюдается сильное разбрызгивание металла — около 15%.
- Перед работой нужно всегда выполнять прокалку.
Преимущества и недостатки покрытия
При горении целлюлозные электроды выделяют большой объем газов, включая оксид углерода. Сварочная ванна надежно защищена от контакта с воздухом. Электрическая дуга имеет слабоокисленную атмосферу, в которой восстанавливается кремний. Чтобы он не попал в шов и не образовал раковины, кремний раскисляют марганцевой рудой, вводят ее в качестве добавок в обмазку.
Положительные свойства и характеристики целлюлозных покрытий:
- сварка током переменным и постоянным;
- дуга легко загорается;
- высокая производительность, до 50 мм/мин;
- отсутствие вредных испарений;
- любое положение шва;
- шлак легко отделяется;
- не образуются непровары;
- корневой шов чистый;
- глубоко проплавляет свариваемый материал.
При сварке трубопроводов многослойным швом целлюлозные электроды применяются для наложения нижнего слоя для формирования корневого валика с обратной стороны.
Высоколегированные стали, особенно хромоникелевые с низким содержанием углерода, варят после прогрева места стыка до 200 ⁰C, чтобы избежать холодных трещин.
К недостаткам относятся:
- сильное разбрызгивание, теряется до 15 % металла;
- повышенное количество кислорода в металле шва;
- образование подрезов;
- шов образуется крупночешуйчатый;
- при малой скорости сварки образуются прожоги и перегрев.
Сварка целлюлозными электродами отличается сильным треском, характеризующим разбрызгивание.
Рисунок 2 — Разбрызгивание при сварке с целлюлозным покрытием
Концентрация целлюлозы в обмазке высокая. Температура прокаливания не должна превышать 120 ⁰C, лучше использовать более низкую – 110 ⁰C. Влага плохо испаряется. Не допустить намокания обмазки можно только при правильном хранении электродов. Их складируют в сухом помещении с относительной влажностью воздуха менее 50 % и температурой выше +15 ⁰C. Не допускается резкий перепад температуры. После прокаливания электроды, имеющие целлюлозное покрытие, хранят в сушильных шкафах при 80 ⁰C. Для транспортировки используют термопеналы.
Где применяются электроды?
Целлюлозное покрытие полезно при работе с низколегированными сталями. Благодаря небольшому диаметру, их можно использовать при любом монтаже. Чаще всего их применяют при сборке трубопроводов.
Основное преимущество обмазки такого типа, по сравнению с другими покрытиями — это легкое зажигание дуги и ее стабильное горение. Электроды могут работать как от постоянного, так и от переменного тока, однако для лучшей проварки лучше использовать постоянный ток. В этом случае в соединении не будет подрезов или пор.
При работе подобными стержнями нужно помнить:
- Целлюлозное покрытие не подходит для сваривания закаливающихся сталей, с большим содержанием углерода и легирующих компонентов.
- При подготовке электродов, температура и время прокалки должны точно соответствовать тем параметрам, которые изготовитель указал на упаковке.
Сильно перегревать электроды нельзя. После просушки в них должно оставаться порядка 3-4% влаги.При превышении температуры прокалки, во время сварки в металле будет скапливаться большое количество углерода.
На этом видео можно увидеть процесс сварки целлюлозными электродами:
Критерии отбора
К сожалению, российские электроды проигрывают многим зарубежным аналогам по большинству параметров. Однако «прорывы» в этой области уже наметились. Российская электродная продукция, выпускаемая на немногочисленных пока совместных предприятиях, по стабильности качества уже не уступает многим маститым брендам. Начали «подтягиваться» к ним и некоторые заводы отечественной подчиненности. Однако в случаях, когда требуется уверенно обеспечить высокое качество шва, профессионалы по-прежнему предпочитают использовать более дорогие, но и более качественные электроды зарубежного производства. Для сварочных инверторов подходят электроды любого типа, для сварочных аппаратов переменного тока подходят не все типы.
При выборе лучших электродов для обзора мы руководствовались следующими критериями:
- объемы производства;
- качество продукции;
- попадание производителя в обзоры по электродной промышленности;
- отзывы профессионалов.
Для корректности сравнения цен мы включили в обзор только самый часто применяемые электроды диаметром 3 мм.
Основным параметром любого сварочного электрода, определяющим большинство его свойств – от легкости розжига до качества шва – является состав его обмазки. Наиболее распространенными сегодня являются следующие виды обмазок:
- Рутиловые электроды (и электроды со смешанной обмазкой на этой основе – рутилово-целлюлозные и так далее) стали одними из самых популярных благодаря легкости розжига, в том числе и повторного, сниженной (в разумных пределах) чувствительности к отсыреванию. Они могут использоваться и на переменном, и на постоянном токе во всех направлениях шва, но при выборе рутилового электрода нужно быть внимательным – можно купить как хороший электрод, так и загрязняющий шов огромным количеством шлаковых язв, пригодный разве что для прихваток.
- Электроды с основным покрытием чаще всего используются при сварке постоянным током в особо ответственных местах. При горении обмазки в большом количестве выделяется углекислый газ, надежно защищающий сварочную ванну от воздействия кислорода. Сам шов получается более пластичным, чем при сварке распространенными типами рутиловых электродов. Обратная сторона медали – это повышенная чувствительность к влажности и затрудненный розжиг: варить такими электродами заметно труднее.
Назначение покрытия
Все виды электродов делятся на неметаллические, к которым относятся графитовые и угольные, и металлические. В свою очередь электроды, изготовленные из металла, разделяются на неплавящиеся и плавящиеся. Неплавящимся электродам покрытие не требуется, зато плавящиеся элементы нуждаются в защите. Эту функцию осуществляет специальная обмазка металлического внутреннего стержня, состоящая из нескольких компонентов.
Электроды с покрытием способствую образованию прочного, качественного шва без трещин и пор. Во время сварочного процесса образует оболочка из шлака, которая осуществляет защиту от негативного внешнего влияния. Она увеличивает время остывания соединения, благодаря чему из шва успевают выходить все посторонние включения, снижающие его качество.
Сварка покрытыми электродами обеспечивает стабильность горения дуги и простоту ее зажигания. Благодаря содержанию в обмазке ферросплавов из сварочной ванны происходит удаление кислорода — главного виновника образования пор в месте соединения.
Покрытие позволяет формировать облачко, состоящее из угарного и других газов. Оно осуществляет предохранение от окисления атмосферным воздухом. Насыщение расплава легирующими элементами улучшает качество соединения. Следствием удаления из расплава кислорода является процесс раскисления, что обеспечивается находящимися в обмазке таких веществ, как алюминий, титан, молибден, хром, марганец, графит. Эти компоненты более активно, чем кислород взаимодействуют с кислородом, связывая его.
Для придания соединению пластичности в обмазку добавляют бентонит и каолин. Для некоторых видов электродов в обмазку добавляют железный порошок, чтобы увеличить коэффициент наплавки. Ручная дуговая сварка покрытыми электродами обеспечивает получение надежного и долговечного соединения металлических изделий.
Применение
Электроды с целлюлозным покрытием применяются для сварки углеродистых и низколегированных сталей. Небольшая толщина позволяет использовать их при работе с труднодоступными конструкциями. Часто используются для сварки магистральных трубопроводов.
Целлюлозное покрытие обеспечивает стабильное горение сварочной дуги как при переменном, так и постоянном токе. Но для более качественной проварки рекомендуется использовать ток прямой полярности. Так дуга будет проплавлять металл мощнее, исключится возможность образования подрезов и пор.
При использовании целлюлозных электродов следует учитывать также несколько нюансов:
- нельзя сваривать конструкции из закаливающихся сталей, которые содержат много углерода и легирующих элементов;
- подготавливая электроды к работе нужно прокаливать их строго при температуре, указанной производителем.
ВАЖНО! Нельзя перегревать электроды при прокалке, так как в них должен сохраняться уровень влажности от 1,5 до 5,0%.
Если электроды прокаливаются при температуре выше 170 °C, то они значительно пересушиваются. Вследствие этого наплавляемый металл будет больше насыщаться углеродом.
Оптимальная температура прокалки — 120-130 °C.
