Методическая разработка урока "Свойства электродов"
методическая разработка

УТВЕРЖДЕНО

Председатель методической комиссии

______________Попов А.Э.

Профессия ОКПР 890189 «Сварщик ручной дуговой сварки плавящимся покрытым электродом»

СП 01.Технология сварочных работ

Раздел 5:     Оборудование, техника и технология электросварки.

Тема 2:    Свойства и назначение сварочных материалов, правила их выбора, марки и типы электродов.

Методическая разработка

  Свойства электродов (покрытия электродов)

Разработчик преподаватель первой категории Политов Александр Сергеевич

2022 г

Профессия ОКПР 890189 «Сварщик ручной дуговой сварки плавящимся покрытым электродом»

План урока теоретического обучения

(Компетентностно-ориентированное обучение)

Разработчик:  Политов Александр Сергеевич

Ход урока*

1. Организационная часть

– Проверка по журналу явки учащихся.

– Проверка внешнего вида учащихся (спецодежды)

2. Повторение (актуализация ранее усвоенных знаний, умений)

– Назовите факторы при которых будет обеспечено качество шва?

   Когда температура электрода в момент расплавления не будет превышать 600-700оС.

– Что происходит при нагреве электрода до более высоких температур?

   Отслаивание покрытия, ухудшению формирования шва.

– При каком факторе происходит нагрев и расплавление электрода?

   За счёт энергии, выделяемой дугой в активном пятне электрода.

3. Изложение нового материала.

    Назначение электродных покрытий — обеспечение стабильности горения сварочной дуги и получение металла шва с заданными свойствами.

Стабильность горения сварочной дуги достигается снижением потенциала ионизации воздушного промежутка между концом электрода и металлом изделия, которое сваривается.

    Шлак, образующийся при расплавлении покрытия электрода, служит для защиты расплавленного металла шва от воздействия кислорода и азота воздуха путем образования шлаковых оболочек на поверхности капель металла электрода, переходящих через дуговой промежуток на место сварки, и для образования шлака на поверхности расплавленного металла. Шлак замедляет охлаждение и затвердевание металла шва, что дает возможность выхода из него газовых и неметаллических включений. Легирование сварного соединения производится для придания ему специальных свойств обычно введением легирующих компонентов в состав покрытия электрода. В покрытия электродов иногда вводят железный порошок для повышения производительности сварки. Для связи компонентов покрытия между собой и с поверхностью стержня электрода применяются связывающие компоненты, наиболее распространенным из которых является жидкое стекло.

    К обозначению электрода прибавляют букву Ж при наличии в составе покрытия более 20% железного порошка.

    По видам покрытий электроды подразделяются и обозначаются:

• А — с кислым покрытием, содержащим окиси железа, марганца, кремния, титана;
• Б — с основным покрытием (по названию химического соединения — основания), содержащим фтористый кальций и карбонат кальция. (Сварку электродами с основным покрытием производят постоянным током обратной полярности: возможна сварка больших сечений в связи с малой вероятностью образования трещин);
• Р — с рутиловым покрытием, с рутилом в качестве основного компонента. При сварке происходит незначительное разбрызгивание металла, горение дуги устойчиво, хорошее формирование швов во всех пространственных положениях;
• Ц — с целлюлозным покрытием; основные компоненты — целлюлоза, мука и другие органические вещества, создающие газовую защиту при плавлении и тонкий шлак (электроды применяют в основном для сварки стали малой толщины);
• П — прочие виды покрытий.

Электроды с кислым покрытием

Основу покрытия этого вида составляют оксиды железа, марганца и кремния. Металл шва, выполненный электродами с этим покрытием, имеет склонность к образованию горячих трещин. Электроды относятся к типам Э38 и Э42 по механическим свойствам металла шва.

Сварка может выполняться постоянным и переменным током.

Электроды с основным покрытием

Основой покрытия этого вида электродов являются минералы — карбонаты кальция и магния (мрамор, магнезит, доломит) и плавиковый шпат CaF2, поэтому они также называются фтористо-кальциевыми.

    При высокой температуре дуги карбонаты распадаются с образованием окислов кальция и магния CaO, MgO, а также окиси углерода и углекислого газа. При этом происходит образование газо-защитной среды минерального происхождения, которое не сопровождается выделением водорода, поэтому наплавленный металл мало насыщается водородом из материалов покрытия. Фтористый кальций также связывает водород в термически стойкие соединения. По указанным признакам электроды с основным покрытием называются также низко-водородными. Преимущества основных покрытий делают электроды с этими покрытиями незаменимыми при сварке закаливающихся сталей, склонных к образованию холодных трещин вследствие влияния водорода, переходящего из металла в около-шовную зону.

    Покрытия основного вида с малой окислительной способностью способствуют переходу легирующих элементов из электрода в шов, благодаря чему происходит раскисление и легирование металла шва. Эти свойства электродов с основным покрытием используются также при сварке высоколегированных сталей. Наплавленный металл с использованием этих электродов обладает стойкостью против образования горячих трещин, электроды пригодны для сварки жестких конструкций, для швов большой толщины при многослойной наплавке.

Сварка электродами с основными покрытиями может производиться во всех пространственных положениях. Недостатком электродов с основным покрытием является более низкая стабильность горения дуги по сравнению с электродами с другими покрытиями. Это объясняется наличием в дуге ионов фтора, являющихся деионизаторами дуги. Поэтому электроды с основным покрытием применяются преимущественно для сварки постоянным током обратной полярности («+» на электроде).

    Недостатком основных покрытий является также склонность к образованию пор в швах при удлинении дуги в процессе сварки, при наличии окалины и ржавчины на поверхности свариваемого металла, так как шлаки этих покрытий не связывают окислы железа, которые попадают в сварочную ванну. Образование пор в швах при сварке электродами данного вида происходит также при увлажнении покрытий, в результате чего происходит повышение содержания водорода в наплавленном металле. На увлажнение электродных покрытий влияют качество упаковки электродов после их изготовления, условия транспортировки и хранения на складах.

Хранение электродов для сварки особо ответственных конструкций рекомендуется при температуре воздуха не ниже 15 °С и относительной влажности не более 50%. Срок годности после прокалки — не более 5 суток (для сталей перлитного класса).

По истечении допустимого срока годности электродов после прокалки они должны быть снова прокалены, но не более трех раз. Частые прокалки и увлажнения электродов отрицательно влияют на качество покрытий электродов.

    Если электроды хранятся в закрытых мешках из водонепроницаемой полиэтиленовой пленки или в емкостях с крышками с резиновым уплотнением, или в сушильных шкафах при температуре 80±20 °С, то сроки их хранения после прокалки не ограничиваются.

Уровень влаги основных покрытий перед сваркой составляет 0,3%. Для достижения этого уровня влажности покрытия необходима прокалка электродов непосредственно перед сваркой. Оптимальной температурой прокалки для обеспечения этого уровня влажности является температура 350 °С и выдержка при этой температуре в течение двух часов.

Электроды с основным покрытием, нанесенным на стержни из малоуглеродистой проволоки (Св-08, Св-08А) соответствуют типам Э42А, Э50А.

    Электроды с основным покрытием применяются для сварки хорошо раскисленных спокойных сталей с повышенным содержанием серы, низколегированных и высоколегированных сталей, для сварки деталей большой толщины, конструкций, работающих при больших динамических и знакопеременных нагрузках, при пониженных температурах.

Электроды с целлюлозным покрытием

    Основой покрытия этого типа является целлюлоза. Металл, наплавленный электродами с покрытием этого типа, содержит повышенное количество водорода. По механическим свойствам металла шва электроды соответствуют типам Э42, Э46 и Э50. Электроды с целлюлозным покрытием дают возможность сварки сверху вниз.

Электроды с рутиловым покрытием

    Основой рутиловых покрытий является минерал рутил, состоящий из двуокиси титана ТiO2. Рутиловые покрытия содержат также алюмосиликаты (полевой шпат, каолин и др.) и карбонаты (мрамор, магнезит). С увеличением содержания в покрытии карбонатов возрастает основность (щелочность) шлака, что снижает содержание кислорода и кремния в наплавленном металле. Это повышает ударную вязкость металла и стойкость против образования горячих трещин. При гарантированной влажности покрытий достигается значительное снижение водорода в металле шва и уменьшение образования пор. Электроды сушатся при температуре 200 °С в течение 1 ч.     Сварку необходимо выполнять не ранее чем через сутки после сушки электродов.

При повышенной температуре прокалки электродов могут появиться поры в шве. Поры могут появиться при превышении тока при сварке тавровых швов с зазорами и при сварке тонкого металла электродами большого диаметра.

    При сварке рутиловыми электродами поры не появляются при сварке сталей, имеющих окалину и ржавчину, при изменении длины дуги, при сварке по грунтовочным покрытиям толщиной 20...25 мкм. Стойкость против образования горячих трещин больше, чем при сварке электродами с кислым покрытием.

    Рутиловые электроды по технологическим свойствам превосходят электроды с покрытием основного вида, обеспечивая хорошую стабильность горения дуги при сварке переменным и постоянным током, имеют низкий коэффициент разбрызгивания металла, легкую отделимость шлаковой корки, являются лучшими для сварки в вертикальном и потолочном положениях швов. Это происходит потому, что образующиеся при плавлении рутиловых покрытий соединения титана быстро всплывают из жидкой ванны на поверхность металла. Также вязкость шлака титановых покрытий резко возрастает при снижении температуры, и такие шлаки называются короткими.

Преимуществом рутиловых электродов является легкость зажигания дуги, малая склонность к образованию пор при зажигании и кратковременном удлинении дуги, высокое сопротивление усталости сварных соединений. Введение в рутиловые покрытия большого количества железного порошка снижает содержание углерода в шве, уменьшает неоднородность распределения серы, повышает стойкость металла шва против образования горячих трещин. Область применения электродов с рутиловым покрытием — сварка малоуглеродистых и низколегированных сталей. Их не рекомендуется применять для сварки конструкций, работающих при высоких температурах.

4. Закрепление нового материала

Рефлексия. Учащиеся отвечают на вопросы по изученному материалу.

– Какое назначение выполняет покрытие электродов?

• Обеспечивают надёжную защиту зоны сварки от атмосферных газов.

– Назовите основные виды покрытий?

•   А-кислое, Б-основное, Р-рутиловое, Ц-целлюлозное и П-прочее.

– В каких случаях добавляется в обозначение обмазки добавляется буква Ж?

•   При наличии в обмазке более 20% железного порошка.

5. Подведение итогов урока

– Результат урока соответствует цели.

– Отметить успевающих.

– Оценить отвечающих.

– Сообщить тему следующего урока.

* примечание В связи с отсутствием в утвержденных учебных планах пенитенциарных профессиональных училищ внеаудиторной работы, допускается не разрабатывать в планах-конспектах домашнее задание для обучающихся.

Литература

– Конспект,

– Малышев Б.Д. «Ручная дуговая сварка» 41-45 стр.; 73-76 стр. Москва «Стройиздат» 2014г.

– Электронный учебник по сварке. Форма доступа: http://www.svarkainfo.ru

– Всё о сварке, обучающее видео по сварке. Форма доступа: http://info-svarka.ru.