Классификация электродов

Классификация электродов

По свойствам веществ, участвующих в потенциалопределяющих процессах, принята следующая классификация электродов: электроды первого и второго рода, газовые, окислительно-восстановительные (редокс-электроды) и ионообменные.

К электродам первого рода относятся. в первую очередь, металлические электроды, обратимые относительно катионов, и неметаллические, обратимые относительно анионов, а также газовые и амальгамные электроды:

1. Металл, погруженный в раствор, содержащий ионы этого металла.

Электродный потенциал определяется по формуле (1).

2. Неметалл, погруженный в раствор, содержащий ионы этого неметалла Классификация электродов(например, SeSe 2– ).

Электродный потенциал такого электрода определяется по формуле:

3. Газовые электроды H + |H2 ,Pt.

4. Амальгамные электроды (амальгама — раствор металла в ртути)

Классификация электродов

где Классификация электродов– активность металла в амальгаме.

Электроды второго рода представляют собой металл, покрытый слоем труднорастворимого соединения этого металла (хлоридами, оксидами, гидроксидами и др.) и погруженный в раствор, содержащий тот же анион, что и труднорастворимое соединение электродного металла:

Уравнение для расчета электродного потенциала электрода второго рода:

Примеры электродов второго рода:

Cl – | AgCl, Ag – хлорсеребряный электрод;

Сl – Hg2 CI2 , Hg – каломельный электрод.

Электроды второго рода часто используются в лабораторной практике как электроды сравнения, это связано с надежностью их работы, хорошей воспроизводимостью потенциала и простотой изготовления.

Окислительно-восстановительные электроды. Окислитель и восстановитель, как правило, находятся в растворе, а электрод выполнен из инертного материала (например, Pt), который выступает в качестве контакта.

Ион-селективные электроды обратимы относительно некоторых специфичных ионов, находящихся в растворе.

Наибольшее применение в практике получили фтор-селективный и стеклянный электроды.

Стеклянный электрод изготавливается из специальных сортов стекла. Потенциал стеклянного электрода зависит от активности ионов водорода:

Обычно RT ln10/F объединяют в специальную переменную b :

Следует обратить внимание, что b не является константой, так как она зависит от температуры.

На использовании стеклянного электрода основан метод рН -метрии.

Гальванический элемент

Устройство, которое позволяет получить электрическую работу за счет энергии химической реакции, называют гальваническим элементом.

Гальванический элемент состоит из двух разнородных металлов, погруженных в растворы одного или нескольких электролитов. На границе фаз такой системы возникают скачки потенциалов.

Гальванический элемент, изображенный на рис. 1, состоит из цинкового электрода, опущенного в раствор сульфата цинка (слева) и медного электрода, опущенного в раствор сульфата меди (справа). Растворы электролитов соединены солевым мостиком, наполненным насыщенным раствором хлорида калия.

Классификация электродов

Рис. 1. Схема гальванического элемента

Разность потенциалов на концах разомкнутого гальванического элемента называется его электродвижущей силой (ЭДС).

Электродвижущая сила гальванического элемента (Е) слагается из скачков потенциала на границах фаз.

Схематически гальванический элемент записывается так: слева указывается материал более отрицательного электрода, затем примыкающий к нему раствор, причем твердая фаза отделяется от раствора одной чертой. Далее обозначается двумя чертами электролитический контакт со вторым электролитом (при помощи солевого мостика), затем указывается раствор более положительного электрода и, наконец, металл, из которого сделан этот электрод (раствор от металла отделяется одной чертой).

Классификация электродов
Главная | О нас | Обратная связь

Классификация электродов

Электроды классифицируют по химической природе веществ, участвующих в электродном процессе.

В электродах первого рода восстановленной формой является металл электрода, а окисленной формой – ионы этого металла. Как правило, электроды первого рода обратимы по катиону (т.е. их потенциал является функцией активности катиона). Примерами электрода первого рода являются электроды элемента Даниэля-Якоби:

Если в электродных процессах участвуют чистые твердые или жидкие вещества, то их активности равны единице.

Общее уравнение для электродов I рода имеет вид:

К электродам первого рода относятся амальгамные электроды, в которых восстановленной формой является – сплав металла с ртутью (элемент Вестона) Cd 2+ + 2e = Cd(Hg):

Электроды второго рода состоят из металла, покрытого слоем его труднорастворимой соли, погруженного в раствор, содержащий анионы этой соли. Окисленной формой является труднорастворимая соль, а восстановленной – металл и анион соли. Электроды второго рода обратимы по аниону (т.е. их потенциал является функцией активности аниона). Примерами электродов второго рода являются следующие широко распространенные электроды сравнения:

хлоридсеребряный электрод (обозначается Ag&#&474;AgCl│Cl — );

электродная реакция AgCl + e = Ag + Cl — ,

каломельный электрод (обозначается Hg&#&474;Hg2 Cl2 &#&474;Cl — );

электродная реакция Hg2 Cl2 + 2e = 2Hg + 2Cl — ,

Общий вид уравнения Нернста для электродов II рода:

Окислительно-восстановительные. или редокс-электроды состоят из инертного металла, который не участвует в реакции, а является переносчиком электронов между окисленной и восстановленной формами вещества.

Одним из лучших материалов для реализации окислитель­но-восстановительного равновесия является платина, в качестве же реагента можно взять, например, хингидрон. Это эквимолярная смесь хинона С6 Н4 02 и гидрохинона С6 Н4 (ОН)2. между которыми в водном растворе в присутствии платины устанавливается электрохимическое равновесие:

Потенциал, устанавливающийся на Pt-электроде при рН < 8.5, опреде­ляется лишь активностью ионов гидроксония:

поскольку активности хинона и гидрохинона примерно равны, а ак­тивность воды близка к единице. Стандартный потенциал хингидронного электрода Е 0 хг при 298 К составляет 0,699 В.

К окислительно-восстановительным электродам относятся газовые электроды. Газовый электрод состоит из инертного металла, к которому попадает газ, участвующий в электродном процессе. Восстановленной формой является газ, а окисленной – ионы в растворе. Наиболее известным примером газового электрода является водородный электрод. Его записывают в виде: Pt&#&474;H2 &#&474;H + ; электродная реакция: 2Н + + 2е = Н2 ; уравнение для определения потенциала:

Если два раствора разделены физической границей конечной толщины, обладающей избирательной пропускной способностью по от­ношению к частицам различного сорта, то такая граница является мембраной. На основе полупроницаемых мембран, обладающих повышен­ной избирательностью к определенным ионам, созданы ионселективные электроды. С определенным допущением к ионселективным электродам с твердой мембраной относят стеклянный электрод. се­лективный по отношению к ионам Н3 О +. Как пока­зывает теоретический анализ, если рН < 12, то потенциал стеклянного электрода описывается формулой:

В этом выражении Е’ст является константой для данного электрода, т.к. зависит от сорта стекла, типа электрода сравнения и ряда иных факторов.

Хингидронный, водородный и стеклянный электроды часто применяют для определения рН растворов.

Примеры решения задач

Вычислить электродный потенциал медного электрода в растворе, содержащем 1,6 г CuSO4 в 200 мл раствора при 298 К. Кажущаяся степень диссоциации соли в растворе равна 0,4.

Находим молярную концентрация CuSO4 .

Концентрация потенциалопределяющих ионов Cu 2+ будет равна:

Из справочника находим значение стандартного электродного потенциала: Е 0 (Cu 2+ /Cu) = 0,34В. По уравнению Нернста рассчитываем электродный потенциал:

Е(Cu 2+ /Cu) =0,34В + 2,3&#872&;8,31(Дж/мольК)∙ 2&8К∙ lg0,02моль/л / 2∙96500Кл/моль = 0,37 В.

Вычислить ЭДС медно-цинкового элемента при 298К, в котором концентрация ионов меди 0,0002 моль/л, а ионов цинка – 0,5 моль/л, gCu 2+ = 1, gZn 2+ = 0,4.

Значения стандартных электродных потенциалов находим в справочнике: Е 0 (Cu 2+ /Cu) = 0,34В; Е 0 (Zn 2+ /Zn) = -0,76В, отсюда:

При 298К ЭДС гальванического элемента, составленного из нормального водородного электрода и хингидронного электрода, приготовленного на основе исследуемого раствора, равна 0,2864В. Вычислить рН исследуемого раствора.

По уравнению (1.28) для Т = 298 К имеем:

Значение Е 0 х.г. = 0,6994 В взято из справочника.

§15. Классификация электродов

Электроды, применяемые для сварки и наплавки, классифицируются по назначению (для сварки стали, чугуна, цветных металлов и для наплавочных работ), технологическим особенностям (для сварки в различных пространственных положениях, сварки с глубоким проплавлением и ванной сварки), виду и толщине покрытия, химическому составу стержня и покрытия, характеру шлака, механическим свойствам металла шва и способу нанесения покрытия (опрессовкой или окунанием).
Основными требованиями для всех типов электродов являются: обеспечение стабильного горения дуги и хорошего формирования шва; получение металла сварного шва заданного химического состава; спокойное и равномерное расплавление электродного стержня и покрытия; минимальное разбрызгивание электродного металла и высокая производительность сварки; легкая отделимость шлака и достаточная прочность покрытий; сохранение физико-химических и технологических свойств электродов в течение определенного промежутка времени; минимальная токсичность при изготовлении и при сварке.
Длина электродов приводится в табл. 3.

3. Длина электрода в зависимости от его диаметра
Классификация электродов

По назначению металлические электроды для ручной дуговой сварки сталей и наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами, изготовляемые способом опрессовки, подразделяются (ГОСТ 9466-75):
для сварки углеродистых и низколегированных сталей с временным сопротивлением разрыву до 60 кгс/мм 2 (600 МПа), с условным обозначением У;
для сварки легированных сталей с временным сопротивлением разрыву свыше 60 кгс/мм 2 (600 МПа) — Л;
для сварки легированных теплоустойчивых сталей — Т;
для сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами — В;
для наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами — Н.
По толщине покрытия электроды подразделяются на электроды с тонким, средним, толстым и особо толстым покрытиями. ГОСТ 9466-75 предусматривает также три группы электродов — 1, 2, 3, характеризующиеся требованиями к качеству (точности) изготовления электродов, состоянием поверхности покрытия, а также содержанием серы и фосфора в наплавленном металле.
По виду покрытия электроды подразделяются:
с кислым покрытием А, с основным покрытием — Б, с целлюлозным покрытием — Ц, с рутиловым покрытием — Р, с покрытием смешанного вида — с двойным обозначением, с прочими видами покрытий — П.
В зависимости от того, в каком пространственном положении выполняется сварка, электроды подразделяются:
для сварки во всех положениях с условным обозначением 1;
для сварки во всех положениях, кроме вертикального сверху вниз, — 2; для положений нижнего, горизонтального на вертикальной плоскости и вертикального снизу вверх — 3; для нижнего и нижнего «в лодочку» — 4.
Электроды подразделяются по роду и полярности тока, а также по номинальному напряжению холостого хода источника питания сварочной дуги переменного тока.
Подразделение электродов по типам выполнено в ГОСТ 9467-75, 10051-75 и 10052-75. По ГОСТ 9467-75 предусмотрено 9 типов электродов для сварки углеродистых и низколегированных сталей (Э38, Э42, Э42А, Э46, Э46А, Э50, Э50А, Э55 и Э60), 5 типов электродов для сварки легированных сталей повышенной и высокой прочности (Э70, Э85, Э100, Э125 и Э150) и 9 типов электродов для сварки легированных теплоустойчивых сталей (Э-09М, Э-09МХ, Э-09Х1М, Э-05Х2М, Э-09Х2М1, Э-09Х1МФ, Э-10Х1М1НФБ, Э-10ХЗМ1БФ, Э-10Х5МФ). Обозначают электроды для сварки углеродистых и легированных сталей по ГОСТ 9466-75. Например, электроды типа Э46А по ГОСТ 9467-75 марки УОНИ-13/45 диаметром 3,0 мм для сварки углеродистых и низколегированных сталей обозначаются так:

Классификация электродов

где Э — электрод для дуговой сварки; 46 – минимальное гарантируемое временное сопротивление разрыву, обусловленное ГОСТ &467-75; А — улучшенный тип электродов; буква У обозначает, что электроды предназначены для сварки углеродистых и низколегированных конструкционных сталей с временным сопротивлением разрыву до 60 кгс/мм 2 (600 МПа); Д — толщина покрытия; 2 – вторая группа. В знаменателе цифры 432(5) указывают характеристики наплавленного металла и металла шва; буква Б обозначает основной тип покрытия; 1 – пространственное положение, в котором может выполняться сварка, 0 — постоянный ток обратной полярности. Для электродов, применяемых для сварки углеродистых и низколегированных сталей с временным сопротивлением разрыву до 60 кгс/мм 2 (600 МПа), после буквы Е тире не ставится.
Для сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами электроды согласно ГОСТ 10052-75 классифицируются по химическому составу наплавленного металла и его механическим свойствам. ГОСТ 10052-75 предусматривает 49 типов электродов. Обозначения типов электродов состоят из индекса Э и следующих за ним цифр и букв. Две цифры, стоящие после индекса, указывают среднее содержание углерода в наплавленном металле в сотых долях процента. Химические элементы, содержащиеся в наплавленном металле, обозначены следующими буквами: А — азот, Б — ниобий, В — вольфрам, Г — марганец, Д — медь, M — молибден, Н — никель, С — кремний, Т — титан, Ф — ванадий, X — хром. Цифры, следующие за буквенными обозначениями химических элементов, указывают среднее содержание элемента в процентах. После буквенного обозначения элементов, среднее содержание которых в наплавленном металле составляет менее 1,5%, цифры не проставляются.
Электроды для дуговой наплавки регламентируются ГОСТ 10051-75 (типы электродов, которые характеризуются химическим составом наплавленного металла и его твердостью).

Вопросы для самопроверки

1. По каким признакам классифицируются электроды для сварки и наплавки?
2. Какие вы знаете ГОСТы на электроды?
3. Как обозначаются типы покрытий электродов?

Уважаемый посетитель, Вы прочитали статью «Классификация электродов», которая опубликована в категории «Ручная дуговая сварка». Если Вам понравилась или пригодилась эта статья, поделитесь ею, пожалуйста, со своими друзьями и знакомыми.

Заработайте на своих знаниях. Отвечайте на вопросы и получайте за это деньги!

28 декабря 2011 | Просмотров: 59259 |

Классификация электродов по назначению и типу покрытия

Классификация электродов

Сварочные электроды для ручной дуговой сварки классифицируются по назначению. по типу покрытия. по способу нанесения покрытия. по количеству покрытия на стержне электрода и по механическим свойствам метала шва. Признаки классификации электродов тесно взаимосвязаны.

В зависимости от назначения сварочные электроды в соответствии с государственным стандартом 9466-60 разделены на несколько классов и имеют различные свойства и показатели. Таким образом, они разделяются на электроды для проведения сварочных работ с легированными и углеродистыми сталями. а также высоколегированные теплоустойчивые и стали с особыми свойствами.

Сварочные электроды для сварки сталей разного рода классифицируются на несколько классов или разделов .

— для проведения сварочных работ углеродистых и низколегированных сталей. имеющих временное сопротивление разрыву до 600 МПа . обозначаются буквой «У »;

Классификация электродов

— для проведения сварочных работ легированных сталей, имеющих временное сопротивление разрыву до 600 МПа . обозначаются буквой «М »;

— для проведения сварочных работ легированных теплоустойчивых сталей обозначаются буквой «Т »;

— для проведения сварочных работ высоколегированных сталей, имеющих особые свойства, обозначаются буквой «В »;

— для проведения сварочных работ поверхностных слоев металла обозначаются буквой «Н »;

Подробнее о том как расшифровываются не только но марка электрода можно узнать на странице расшифровка электродов.

Для всех сварочных электродов действуют одни требования, которые при производстве должны придерживаться абсолютно все производители. гарантирующие качество своего товара и долговечность сваренных конструкций:

— Получение металлического шва нужного химического состава;

— Минимально допустимое разбрызгивание металла при сварке и высокая производительность сварочного процесса;

— Сохранение физических и химических свойств металла;

— Минимальная токсичность сварочных электродов при производстве и проведении сварочных работ;

— Спокойное и равномерное расплавление металла, а также расплавление самого электрода и плавность проведения всего сварочного процесса;

— Обеспечение стабильного горения дуги и хорошее формирование сварочного шва;

— Легкая отделимость шлака от металла шва и высокая прочность покрытия;

Для хорошего сваривания и быстроты сварочного процесса нужен водород. Главным источником водорода является покрытие. При нагревании сварочного электрода и его последующем плавлении происходит разложение карбонатов и других химических составляющих. Протекают такие процессы в зависимости от влажности и химического состава сварочных электродов и самого металлического изделия. Если количество органических веществ будет увеличено, то это приведет к повышению содержания водорода в металле сварочного шва.

Учитывая свойства сварочных электродов нужно помнить, что узнать полную картину о свойствах электродов определенного вида Вы можете только в паспорте. Паспорт должен содержать полную информацию о данном виде электродов.

Технология электрической сварки

Классификация электродов

Электроды для ручной дуговой сварки классифицируют по следующим основным признакам: по назначению — для сварки стали, чугуна, алюминия, для наплавочных работ и т. п ; по типу покрытия — целлюлозные, рутиловые, фтористо-кальциевые, ильменитовые, рудно-кислые и др.; по механическим свойствам металла шва; по способу нанесения покрытия — окунанием или опрессовкой; по количеству покрытия, нанесенного на стержень, — голые электроды, тонкопокрытые, толстопокрытые.

Все эти признаки тесно взаимосвязаны. Группы тех или иных признаков положены в основу классификации электродов в национальных стандартах различных стран. Электроды для сварки и наплавки сталей в зависимости от назначения в соответствии с ГОСТ 9466—60 подразделены на ряд классов: для сварки углеродистых и легированных конструкционных сталей; для сварки легированных теплоустойчивых сталей; для сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами; для наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами.

Электроды для сварки конструкционных и теплоустойчивых сталей согласно ГОСТ 9467—60 классифицированы по механическим характеристикам металла шва и сварного соединения, выполненных этими электродами. Электроды для сварки теплоустойчивых сталей классифицированы, кроме того, и по химическому составу металла шва. ГОСТ 9467—60 устанавливает в зависимости от состава следующие виды покрытий электродов для сварки конструкционных и теплоустойчивых сталей: рудно-кислое, обозначаемое буквой Р; рутиловое — Т; фтористо-кальциевое—Ф; органическое — О.

Электроды для сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами по ГОСТ 10052—62 подразделены на ряд типов в зависимости от химического состава наплавленного металла и механических свойств металла шва. Каждому типу может соответствовать одна или несколько марок электродов. Марка электродов характеризуется определенным составом покрытия и электродного стержня, технологическими свойствами и свойствами металла шва.

Механические свойства, регламентируемые стандартом или техническими условиями для электродов данной марки, относятся к случаю наплавки металла или сварки стыкового шва сравнительно небольшой длины. В зависимости от условий сварки механические свойства металла шва реальной сварной конструкции могут отличаться от свойств электродов, указанных в стандарте или паспорте.

Наиболее полно свойства каждой конкретной марки электродов отражены в паспорте. Паспорт содержит следующие сведения: условное обозначение электродов, их назначение, марку сварочной проволоки и данные о покрытии электродов. К последним относятся состав, номера стандартов или технических условий на составляющие покрытий, соотношение массы покрытия и массы стержня, толщина покрытия в зависимости от диаметра стержня, режимы сушки и прокалки, а также условия хранения электродов. В паспорте содержатся также краткие технологические указания по сварке, характеристики расплавления электродов, химический состав и свойства наплавленного металла, металла

шва или сварного соединения.

Общие требования, предъявляемые к электродам, регламентированы ГОСТ 9466—60. Это размеры и допуски отклонений от номинальных размеров, качество покрытия, влагостойкость покрытия, требования к технологическим и металлургическим свойствам электродов. Этим же стандартом обусловлены правила приемки электродов, методы испытаний швов и сварных соединений, условия маркировки и упаковки, данные о документации на электроды.

Условное обозначение электродов для дуговой сварки сталей и наплавки состоит из обозначения марки и типа электрода, диаметра стержня и номера стандарта. В условном обозначении электродов для сварки конструкционных и теплоустойчивых сталей указан также вид покрытия. Например, условное обозначение электрода АНО-7 Э50А-5,0-Ф ГОСТ 9467—60 расшифровывается следующим образом: АНО-7 — марка электрода; Э50А — тип электрода (Э— электрод для дуговой сварки, 50-— минимальное гарантируемое временное сопротивление металла шва в кгс/мм2; А — гарантирование получения повышенных пластических свойств металла шва); 5,0 — диаметр электродного стержня в мм; Ф — фтористо-кальциевое покрытие; ГОСТ 9467—60—номер стандарта на данный электрод.

Металлургические процессы, происходящие при сварке покрытыми электродами. Металлургические процессы при дуговой сварке покрытым электродом характеризуются малыми количествами реагирующих веществ, кратковременностью и высокими температурами взаимодействия фаз. От характера и интенсивности металлургических реакций существенно зависит химический состав, а следовательно и механические свойства металла шва. Перенос электродного металла через дуговой промежуток в основном осуществляется каплями. Расплавленное покрытие частично переносится через дуговой промежуток в виде шлаковой оболочки вокруг капель металла, а частично непосредственно стекает в ванну. В процессе сварки наблюдается значительное перемешивание металла и шлака, что увеличивает межфазную поверхность металл-шлак. На торце электрода и в дуговом промежутке капли металла и шлака нагреваются до температуры 2100—2300° С, а средняя температура металла в сварочной ванне составляет примерно 1700—1800° С. Температура газов (плазмы) в столбе дуги достигает 5000—6000° С. Большие межфазные поверхности и высокая температура обеспечивают при сварке интенсивное взаимодействие металла со шлаком и газами.

Классификация электродов

Процессы, происходящие при нагреве твердого покрытия на конце электрода, имеют очень важное значение, так как от характера их протекания зависят состав, количество поступающих в атмосферу дуги газов, степень окисления ферросплавов и др. В твердом покрытии при нагреве происходит разложение или сгорание органических веществ, диссоциация карбонатов и окислов, окисление ферросплавов. Так, диссоциация магнезита начинается уже при температуре около 430° С, а мрамора — около 540° С; Мп02 начинает диссоциировать в атмосфере воздуха при температуре 470° С, переходя в Мп203. Органические составляющие начинают разлагаться еще при более низких температурах. При наличии окислителей в покрытии органические вещества сгорают, образуя газовые смеси, состоящие в основном из С02, Н2, Н20 и СО.

Значительное влияние на кинетику и степень диссоциации составляющих покрытия оказывают их минералогический состав, дисперсность, степень гидратации, состав покрытия и т. д. Добавление окислов, фторидов и металлических порошков к карбонатам приводит к смещению интервала диссоциации карбонатов в область низких температур. Это вызвано прежде всего улучшением теплопроводности покрытий и развитием экзотермических реакций окисления.

Одной из главных реакций, происходящих в твердой фазе при нагреве покрытия, является окисление ферросплавов кислородом воздуха и углекислым газом, выделяющимся при диссоциации карбонатов. Наличие карбоната в покрытии способствует большему окислению ферросплавов к моменту расплавления покрытия (рис. 7-9).

Состав и количество газов в атмосфере дуги зависят от типа покрытия При плавлении покрытий рудно-кислого, рутилового и органического типов в результате разложение органических составляющих и окисления углерода образуются главным образом водород, окись углерода и пары воды При введении в рутиловое покрытие карбонатов атмосфера дуги содержит значительное количество углекислого газа. При сварке электродами с фтористо-кальциевым покрытием атмосфера дуги содержит углекислый газ, окчсь углерода и пары воды.

Классификация электродов

В табл. 7-14 приведены результаты анализа газов, образующихся при сварке электродами с различными покрытиями. Кроме этих газов в атмосфере дуги всегда имеется азот воздуха. Количество его в основном определяется эффективностью газовой защиты.

Азот диссоциирует в дуговом промежутке (рис. 7-10). Диссоциация азота повышает скорость его абсорбции расплавленным железом.

Снижение количества азота в металле шва при сварке покрытыми электродами достигается надежной газошлаковой защитой. Максимальное содержание азота наблюдается в металле шва, сваренного электродами со стабилизирующим покрытием. Оно составляет 0,1—0,2% и значительно превышает максимальную растворимость азота в железе при комнатной температуре. С увеличением толщины покрытия содержание азота в металле шва снижается (рис. 7-11). Газообразующие компоненты в процессе плавления электрода выделяют значительное количество газов и снижают парциальное давление азота в атмосфере дуги, что обеспечивает уменьшение его содержания в металле шва (рис. 7-12).

Содержание азота в металле шва зависит от степени его легирования. Повышение содержания углерода в проволоке или по-

Классификация электродов

Классификация электродов

крытии приводит к снижению содержания азота в металле шва. Углерод снижает растворимость азота в железе. Кроме того, окисление углерода способствует уменьшению абсорбции азота вследствие снижения парциального давления азота у реакционной границы газ—металл. Марганец в небольших количествах снижает содержание азота в металле шва, а с повышением концентрации увеличивает его содержание, что связано с образованием нитридов и изменением структуры металла.

Кремний снижает растворимость азота в стали. Значительно увеличивает содержание азота легирование швов хромом и молибденом. Увеличение содержания титана (свыше 0,2%) и алюминия (свыше 1%) в наплавленном металле приводит к росту содержания азота. При высоких содержаниях этих элементов практически весь азот в металле шва находится в виде нитридов.

Большое влияние на содержание азота в металле шва оказывает режим сварки. Повышение напряжения дуги (удлинение дуги) приводит к ухудшению газовой защиты расплавленного металла и возрастанию концентрации азота в металле шва (рис. 7-13). Увеличение содержания азота в металле шва, вызванное удлинением дуги, особенно заметно при недостаточно надежной шлаковой защите металла.

С увеличением силы тока увеличивается температура капель. В сталях типа 18-8 это приводит к снижению растворимости азота, а в низкоуглеродистой стали — напротив, к увеличению растворимости. Поэтому увеличение силы тока вызывает снижение содержания азота при сварке сталей типа 18-8, а при сварке низкоуглеродистой стали содержание азота сначала растет, а затем начинает снижаться вследствие интенсивного испарения металла и уменьшения парциального давления азота у реакционной границы газ—металл. Содержание азота в металле шва при сварке постоянным током на прямой полярности, как правило, выше,

Классификация электродов

чем на обратной. Это связано с более благоприятными условиями контактирования металла с азотом при сварке на прямой полярности, а также более низкой температурой капель и меньшим испарением металла.

Большое влияние на процесс поглощения азота металлом при сварке оказывает содержание кислорода в атмосфере дуги. Кислород в дуге взаимодействует с молекулярным азотом. с образованием N0. Попадая на металл капель или ванны, N0 диссоциирует. Образующиеся при этом атомарные азот и кислород активно растворяются в металле.

Водород, как и азот, оказывает вредное воздействие на качество металла шва. В зависимости от температуры водород может находиться в молекулярном, атомарном или ионизированном состоянии. Степень диссоциации водорода зависит от температуры (см. рис. 7-10). В столбе дуги подавляющее количество водорода находится в атомарном состоянии. При дуговой сварке покрытыми электродами содержание водорода в металле шва в ряде случаев может превышать величину растворимости его в железе при равновесных условиях и температуре кристаллизации. Растворимость водорода в жидких сплавах железа зависит от концентрации легирующих элементов (рис. 7-14).

Кислород является элементом, наиболее активно препятствующим поглощению водорода жидким железом. С повышением содержания кислорода в металле растворимость водорода понижается. Раскислители (марганец, кремний, титан, алюминий), связывая растворенный в стали кислород, могут тем самым косвенно влиять на содержание в ней водорода.

При сварке покрытыми электродами главным источником водорода является покрытие. В процессе нагрева покрытия электрода и при его плавлении происходит разложение органических составляющих, диссоциация карбонатов и окислов, взаимодействие между составляющими покрытия и другие реакции, которые определяют парциальное давление водорода и паров воды в атмосфере дуги, а следовательно, и их содержание в металле шва. Характер протекания этих процессов определяется главным образом составом и влажностью покрытия (рис. 7-15).

Увеличение количества органических составляющих в покрытии приводит к повышению содержания водорода в металле шва. Введение карбонатов в покрытие снижает парциальное давление водорода в атмосфере дуги и количество водорода в металле

Классификация электродов

шва. Наличие фтористых соединений в составе покрытия способствует снижению концентрации водорода в металле благодаря связыванию его в химически прочное и нерастворимое в металле соединение HF.

Содержание водорода в металле шва зависит и от режимов сварки. С увеличением силы тока концентрация водорода в шве возрастает (рис. 7-16). Объясняется это увеличением температуры дуги и капель электродного металла. Увеличение напряжения дуги приводит к снижению концентрации водорода в металле шва. Удлинение дуги вызывает подсос воздуха из окружающей атмосферы, снижение парциального давления водорода в атмосфере дуги и повышенное окисление металла. В результате поглощение водорода расплавленным металлом снижается.

Процесс поглощения водорода металлом идет преимущественно на стадии капли. Этому способствуют более высокая температура и большая удельная поверхность расплавленного металла.

Газы атмосферы дуги окисляют расплавленный электродный металл. При сварке электродами со стабилизирующим покрытием расплавленный металл окисляется главным образом кислородом, попадающим в атмосферу дуги из окружающего воздуха. Кислород при температуре дуги в значительной степени диссоциирован (рис. 7-10). Окисление металла с участием атомарного кислорода идет более интенсивно, чем молекулярного.

При сварке толстопокрытыми электродами количество кислорода, попадающего в атмосферу дуги из окружающего воздуха, незначительно и расплавленный металл окисляется преимущественно водяным паром и углекислым газом, образующимися при нагреве и расплавлении покрытия. Состав газов в атмосфере дуги зависит и от режима сварки. Увеличение длины дуги приводит к ухудшению защиты капель расплавленного металла, подсосу

Классификация электродов

воздуха из окружающей атмосферы и повышению окисления металла (см. рис. 7-13).

Кислород в металле резко ухудшает его механические и технологические свойства (рис. 7-17). С повышением содержания кислорода снижаются временное сопротивление, предел текучести, ударная вязкость, ухудшаются ковкость, коррозионная стойкость, жаропрочность и другие свойства металла шва. Выделение азота и водорода, а также окиси углерода из сварочной ванны является в основном причиной образования пор (см § 6-4)

Получение плотных швов может быть достигнуто либо путем снижения содержания газов в сварочной ванне ниже предела растворимости при температуре кристаллизации (плавления), либо обеспечением процесса дегазации металла сварочной ванны до момента кристаллизации. Первый способ обеспечения плотных швов реализуется при сварке электродами с фтористо-кальциевым покрытием. Высокая температура прокалки, введение фторидов и карбонатов в покрытие, хорошее раскисление ванны обеспечивают низкое содержание водорода, азота и кислорода в металле шва.

При сварке электродами с рудно-кислым, рутиловым и органическим покрытиями сварочная ванна содержит большое количество газов (водорода, кислорода). Благодаря этому образование и выделение пузырьков газа (кипение ванны) происходит, когда металл находится в жидком состоянии и имеет малую вязкость. В этих условиях пузырьки свободно удаляются до момента кристаллизации металла и поры не образуются.


Внимание, только СЕГОДНЯ!
Закладка Постоянная ссылка.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *