Электроды с основным покрытием. Шлаковую основу покрытий основного вида составляют минералы — в основном карбонаты кальция и магния (мрамор, магнезит, доломит), а также плавиковый шпат (CaF2). Поэтому они получили название фтористо-кальциевых покрытий. 'При высокой температуре дуги карбонаты диссоциируют с образованием окислов кальция и магния (СаО, MgO), a также окиси углерода и углекислого газа. Это обеспечивает высокий коэффициент основности (щелочности) образующихся шлаков и создание газозащитной среды минерального происхождения, которая не сопровождается выделением водорода, как это имеет место при плавлении электродов с рутиловым покрытием. Поэтому металл, наплавленный электродами с основным покрытием, очень мало насыщается водородом из материалов покрытий. Кроме того, наличие в покрытиях этого вида фтористого кальция придает им способность обезводороживать металл, что достигается связыванием водорода в термически стойкие соединения:
CaF2+H2O ↔ CaO+2HF;
2CaF2+3Si02 ↔ 2CaSiO3+SiF4;
SiF4+3H ↔ SiF+3HF.
Отсутствие в основных покрытиях органических материалов и связанного с этим выделения водорода при их диссоциации, а также связывание водорода и паров воды в термически устойчивый фтористый водород, который улетучивается, обеспечивают при сварке этими электродами минимальное содержание водорода в наплавленном металле. Поэтому электроды с основными покрытиями называют также низководородными.
Это важное преимущество основных покрытий делает их незаменимыми при сварке закаливающихся сталей, склонных к образованию холодных трещин вследствие охрупчивающего действия водорода, диффундирующего в околошовную зону из металла шва. Малая окислительная способность покрытий основного вида обеспечивает высокий коэффициент перехода легирующих элементов из электрода в шов, благодаря чему достигается эффективное раскисление и легирование наплавленного металла. Раскисление осуществляется активными раскислителями, в основном, марганцем, кремнием и титаном, что обеспечивает низкое содержание кислорода в наплавленном металле и меньшую степень загрязнения неметаллическими включениями и вредными примесями (серой и фосфором). Эти свойства электродов с основными покрытиями обусловливают существенные преимущества перед всеми другими электродами при сварке высоколегированных сталей. Металл, наплавленный электродами с основными покрытиями, обладает высокой стойкостью против образования горячих трещин, эти электроды наиболее пригодны для сварки жестких конструкций, выполнения многослойных большой толщины, а также для сварки сталей с повышенным содержанием рода и серы.
Существенным преимуществом электродов с основным покрытием перед рутиловыми является более высокое сопротивление металла шва сероводородному растрескиванию, что обеспечивает более надежную эксплуатацию сварных трубопроводов в месторождениях, содержащих сероводородные соединения.
Сварка электродами с основными покрытиями может выполняться во всех пространственных положениях.
К недостаткам электродов с покрытиями основного вида следует отнести более низкую стабильность горения дуги по сравнению с электродами с покрытиями других видов. Это объясняется наличием в дуге при сварке этими электродами ионов фтора, которые являются деионизаторами дуги. Поэтому электроды с основными покрытиями применяются преимущественно для сварки постоянным током обратной полярности (+ на электроде).
К существенным недостаткам основных покрытий следует отнести их склонность к образованию пор в швах при удлинении дуги в процессе сварки, а также при больших зазорах, что ухудшает газовую защиту расплавленного металла, вследствие чего он насыщается азотом. Установлено, что насыщение металла азотом происходит, в основном, в дуговом промежутке и повышает склонность металла шва к старению и охрупчиванию.
Электроды с основными покрытиями склонны к образованию пор в швах при наличии окалины и ржавчины на поверхности свариваемого металла, т. к. шлаки этих электродов практически не связывают окислы железа, которые окисляют наплавленный металл, попадая в сварочную ванну.
Образование пор в швах при сварке электродами с основным покрытием наблюдается также при увлажнении покрытия, вследствие повышения содержания водорода в наплавленном металле. Несмотря на хорошую раскисляемость наплавленного металла и его сравнительно низкую концентрацию в газах дуги, увлажнение покрытий вызывает повышение содержания водорода в металле шва. Увлажнение электродных покрытий зависит от качества упаковки при изготовлении электродов, условий транспортировки и последующего хранения на складах и в производственных кладовых.
Нормативной документацией на сварку особо ответственных конструкций условия хранения электродов в кладовых регламентируются при температуре воздуха не ниже 15 °С и при относительной влажности не более 50%, а также по срокам годности после прокалки (для электродов с основными покрытиями, предназначенными для сварки сталей перлитного класса — не более 5 суток).
После истечения указанного срока хранения электроды перед сваркой должны быть повторно прокалены. Прокалка электродов может производиться не более трех раз, не считая прокалки при их изготовлении. Многократные увлажнения и прокалки электродов (более четырех раз) отрицательно влияют на прочность и качество покрытий. Указанные условия хранения электродов по температуре и относительной влажности в кладовых не могут стабильно обеспечиваться без оснащения их кондиционерами. При хранении электродов в закрытых мешках из водонепроницаемой полиэтиленовой пленки или в закрытой таре, имеющей крышки с резиновым уплотнением, или в сушильных шкафах при температуре 80±20 °С сроки хранения электродов после прокалки не ограничиваются.
Критический уровень влаги основных покрытий электродов перед сваркой Установлен 0,3%. Эффективным способом, гарантирующим выполнение этого требования, является прокалка электродов непосредственно перед сваркой. Однако требования по режимам прокалки весьма противоречивы и изменяются в широких пределах, как по температуре, так и по времени выдержки в печах. Оптимальной температурой прокалки этого вида электродов, обеспечивающей влажность покрытия до 0,3%, является температура 350 °С и выдержка в течение двух часов. При более высоких температурах прокалки (400 °С и выше) заметно снижается содержание марганца и кремния в металле шва, что объясняется окислением металлических компонентов электродного покрытия при указанных температурах.
За последние годы разработаны более универсальные новые марки электродов с основными покрытиями и улучшенными сварочно-технологическими свойствами. Установлено, что разрывная длина дуги зависит от соотношения содержания в покрытии мрамора и плавикового шпата. Легкое зажигание дуги и стабильность ее горения обеспечивается при соотношении CaCO3/CaF2 = 5.
Металл, наплавленный электродами с основным покрытием, нанесенным на стержень из малоуглеродистой проволоки (Св-08, Св-08 А), соответствует по составу спокойной стали (содержание кремния 0,3—0,6%). При этом достигается высокая ударная вязкость металла швов (150—250 Дж/см2) и значительно меньшая склонность к старению по сравнению с металлом швов, выполненных электродами с покрытиями других видов.
По механическим свойствам наплавленного металла электроды с покрытиями основного вида, нанесенными на стержни из малоуглеродистой проволоки (Св-08, Св-08 А), соответствуют типам Э42 А — Э50 А по ГОСТ 9467—75.
Изложенные особенности электродов с основными покрытиями определяют; область их преимущественного применения для сварки хорошо раскисленных спокойных сталей, особенно при повышенном содержании углерода и серы, а также низколегированных и высоколегированных сталей для сварки металла большой толщины, конструкций, работающих при больших динамических и знакопеременных нагрузках и при пониженных температурах.
