Vpliv sestave oplaščenja na varilnotehnične lastnosti elektrode
Influence of Electrode Coating Composition on Welding Characteristics
Kejžar R.1, B. Kejžar, ZRMK Ljubljana
Sestava oplaščenja zelo pomembno vpliva na varilno tehnične lastnosti elektrode. Rutilno oplaščenje zagotavlja boljšo ionizacljo obloka, fmokapljičasto odtaljevanje elektrode in stabilno varjenje tudi z izmeničnim tokom. Varjenje z bazično oplaščenimi elektrodami pa je zahtevnejše. Da zagotovimo stabilen oblok moramo variti z enosmernim tokom (plus pol na elektrodi). Zaradi močne dezoksidacije kapljic je odtaljevanje grobokapljičasto. Prednost varjenja z bazično oplaščenimi elektrodami pa je visoka kvaliteta zvarov. Z bazično oplaščenimi elektrodami varimo najzahtevnejše zvare z garantirano žilavostjo pri nizkih temperaturah. Z razvojem novih vrst oplaščenih elektrod želimo združiti dobre lastnosti bazično in rutilno oplaščenih elektrod. Eden od načinov so dvojno oplaščene elektrode, drugi pa uporaba novih sintetičnih repromaterialov (z dodatki alkalijskih oksidov) pri pripravi elektrodne mase za oplaščenje.
Ključne besede: bazično in rutilno oplaščene elektrode, dvojno oplaščenje. sintetični repromateriali z dodatkom alkalijskih oksidov, stabilnost obloka - delež kratkostičnega odtaljevanja (analizator AH-7), varilnotehnične lastnosti elektrode
Coating composition exerts an important influence on vvelding characteristics of an electrode. Rutile coating permits a better are ionization, fine-droplet melting of the electrode. and stable vvelding even in the čase of alternating current. VVeldmg vvith basic-coated electrode, hovvever, is more exacting. In order to ensure a stable are, direct current (electrode positive) should be used. Ovving to a strong deoxidation of the droplets, coarse-droplet melting occurs. High-quality vvelds, hovvever, are an advantage offered by vvelding vvith basic-coated electrodes. VVelding vvith basic-coated electrodes is suitable for the most exacting vvelds vvith puaranteed toughness at low temperatures. By developing nevv kinds of coated electrodes, we vvish to combine good properties of basic and rutile coated electrodes. One way to achieve this are double-coated electrodes and the other is appl/cation of nevv synthetic materials for processing (vvith additions of alkaline oxides) in the preparation of an electrode mass for coating.
Key vvords: basic and rutile-coated electrodes, double coating, synthetic materials for processing vvith addition of alkaline oxides, are stability, portion of shortcircuit melting (analyser AH-7), vvelding characteristics of electrodes
1.0 Uvod
Nihanja jakosti in napetosti v odvisnosti od odtaljevanja elektrodne žice med varjenjem so zelo pomemben podatek pri razvoju in izpopolnjevanju dodajnih materialov. Omenjene meritve. ki jih omogoča analizator "AH-7". pojasnjujejo vpliv sestave elektrodne obloge oz. njenih komponent na stabilnost varjenja in ostale varilno-tehnične lastnosti elektrode1".
Kvaliteta elektrod je močno odvisna tudi od navlaževanja elektrodne obloge. Najpogosteje je vlaga tudi vzrok za vnos
dr. Rajko KEJŽAR. dipl. in?
Zavod /a ra/iskavo materiala in konstrukcij
Dimičeva 12. 61(100 Ljubljana
vodika v zvar. Posledice pa so napetosti, mikro razpoke, krhkost in poslabšanje mehanskih lastnosti zvarnih spojev1 .
Vlaga v oplaščenju pa tudi pomembno vpliva na odtaljevanje ter ionizacijo in stabilnost obloka. Zato lahko zelo moti testiranje elektrod z analizatorjem "AH-7". Da bi dobili dejansko vpliv sestave elektrodne obloge na odtaljevanje in stabilnost obloka moramo elektrode pred testiranjem sušiti. Pozorni moramo biti tudi na sestavo varilne žice ter dezoksidante in le-girne elemente v oplaščenju. Kisik je površinsko aktiven element, ki zmanjšuje površinsko napetost kapljic. Močnejša de-zoksidacija bo povzročila grobokapljičasto odtaljevan je / večjim deležem kratkih stikov, kije značilno za bazične in močno legi-rane elektrode1'
2.0	Odtaljevanje in varilnotehnične lastnosti izbranih elektrod
Ra/like med bazično in rutilno oplaščenimi elektrodami so zelo velike. Oblok je pri varjenju z rutilno oplaščenimi elektrodami (Finkord) bolj stabilen. Z njimi varimo lahko tudi z izmeničnim tokom. Bazično oplaščene elektrode (EVB 50) pa so varilnotehnično bolj problematične. Z njimi moramo zaradi slabše ionizaeije obločne atmosfere variti z enosmernim tokom (plus pol na elektrodi).
Razlike so posledica sestave elektordne obloge, ki pri rutilno oplaščenih elektrodah zagotavlja boljšo ionizaeijo obloka in finokapljičasto odtaljevanje. Varjenje z bazično oplaščenimi elektrodami je zahtevnejše, kvaliteta zvarov pa bistveno boljša. Zelo kvalitetne zvare z garantirano žilavostjo pri nizkih temperaturah dobimo le z bazično oplaščenimi elektrodami. Z razvojem novih vrst oplaščenih elektrod (dvojno oplaščenje. K- in Na- sintetični repromateriali v elektrodni oblogi) želimo združiti dobre lastnosti bazično in rutilno oplaščenih elektrod.
2.1	Vpliv dvojnega oplaščenja
Stabilnost varjenja smo ugotavljali z analizatorjem "AH-7", ki omogoča spremljanje nihanja jakosti in napetosti varilnega toka ter statistično ovrednoti varjenje. Analizatorje rezultat dolgotrajnega raziskovalnega dela prof. dr. Rehfeldta iz Univerze v Hannovru. "AH-7" je že sedma zelo zmogljiva generacija omenjenega analizatorja za spremljanje dogajanj v obloku med varjenjem. Primerjali smo rutilno oplaščeno elektrodo "Finkord" z bazično oplaščeno elektrodo "EVB 50" in dvojno oplaščeno elektrodo "F.VB S". Pred varjenjem smo elektrode osušili ter tako izključili vpliv vlage na odtaljevanje. Motnje pri odtalje-vanju (delež kratkih stikov) smo določali z napetostno analizo (glej slike 1-3).
Dvojno oplaščenje zagotovi elektrodi "EVB S" zelo stabilen oblok. Varilno tehnično je elektroda "EVB S" povsem podobna rutilno oplaščeni elektrodi "Finkord" - odtaljevanje je finokapljičasto z. malo kratkih stikov (glej tabelo 1). Glede kvalitete vara je dvojno oplaščena elektroda "FVB S" tipična bazično oplaščena elektroda (glej tabelo 2).
Tabela 1: Odtaljevanje na osnovi statistične analize varilne napetosti
Elektroda	Finkord	EVB 50	EVB S
delež kratkih Mikov . )	1.3	3.2	1.2
delež varjenja!)	98.6	96.7	98.7
delež vžiganja oblokaCv)	<0.1	<0.1	<0.1
Tabela 2: Mehanske lastnosti čistega vara (Katalog dodajnih materialov SŽ - Železarne Jesenice. F1 PROM - Elektrode)
Elektroda Meja razt. Trdnost Raztezek Žilavost (J)
(N/mnr) (N/mnr) (%) 0°C -20 C -40 C
Finkord
> 300
510-610
> 22
>47
EVB 50
>440 510-610 >24
>47
EVB S
>430 510-590 >24
>47
ox
0,01 -
0.001
0,0001
Slika I: Diagram porazdelitve gostote verjetnosti za varilne napetosti pri varjenju z rutilno oplaščeno elektrodo "Finkord". 0 3,25 mm (1 = 124 A. U = 24 V) Figure I: Diagram of probabilitv densitv of the »elding voltage for vvelding uith rut i le - coated electrode "Finkord". C 3.25 mm (I = 124 A. U = 24 V)
C
2.2 Vpliv -Vi/ - in K - sintetičnih repromaterialov r elektrodni oblogi
Med najpomembnejše naloge elektrodne obloge spada poleg zaščite vara pred oksidaci jo tudi ionizacija obločne atmosfere, ki mora zagotoviti stabilen oblok med varjenjem. Na stabilnost varjenja vpliva prisotnost al kalij v obločni atmosferi, ki je običajno
0,001
0,0001
Slika 2: Diagram porazdelitve gostote verjetnosti za varilne napetosti pri varjenju z bazično oplaščeno elektrodo "EVB 50". 0 4 mm (I = 153 A. L = 21 V) Figure 2: Diagram of probabilitj density of the vvelding voltage for welding vvith basic - coated electrode "F.VB 50". 0 4mm (I = 153 A. 1=21 V) posledica uporabe Na - in K - vodnega stekla kot veziva pri izdelavi oplaščenih elektrod. Potrebne alkalije za ionizaeijo in izboljšanje stabilnosti varjenja pa lahko dovedemo v elektrodno oblogo tudi s sintetičnimi repromateriali, ki vsebujejo alkalijske okside1*1.
Na osnovi Na - in K - sintetičnih repromaterialov smo pripravili nove tipe bazično oplaščenih elektrod ter njihove varil-
t-1-r
0	M
- U[V]
0.0001
U[V1
Slika 3: Diagram porazdelitve gostote verjetnosti za varilne napetosti pri varjenju / dvojno oplaščeno elektrodo "EVB S". 0 4 mm (I = 145 A. U = 27 V) Figure 3: Diagram of probabilit} dcnsitv of the vvelding voltage for vvelding vv ith double - coated electrode "EVB S", 0 4mm 11 = 145 A. t' = 27 V)
no tehnične lastnosti primerjali z najbolj priznanimi bazično oplaščenimi (EVB 50 - Žel. Jesenice) in dvojno oplaščenimi (EVB S - Žel. Jesenice; SPECI AL - Oerlikon) elektrodami. Rezultati meritev so podani v tabeli .V
Tabela 3: Varilnotehnične lastnosti izbranih elektrod pri varjenju z enosmernim tokom (nastavitev parametrov je konstantna)
Elektroda	I	i:		v,	c,	c,	P,i
	(A)	(V)	<%)	(g/S)	(g/Ah) (Wh/g) (g„/g)		
plus pol							
EB 50 NaV	160	24	1 K)	0.42	9.1	2.9	0,31
Eb 50 KV	165	25	1 1 1	0.48	9.0	2.8	0,29
EVB 50	165	24	I 15	0,43	9.4	2.6	0.28
EVB S	160	30	103	0.42	9.4	3.2	0.34
S PECI AL	160	31	102	0.43	9.9	3.1	0.38
minus pol							
EB 50 NaV	165	24	116	0.49	10.7	2,3	0,30
EB 50 KV	165	23	1 16	0,49	10.6	2.2	0.28
EVB 50	165	23	1 IX	0.44	9.7	2.4	0.27
EVB S	160	25	105	0,37	8.5	3.0	0,34
SPECIAL	160	27	103	0,36	8.0	3,4	0.38
Legenda oznak:
r) - izkoristek (c/c)
v, - produktivnost (g/s)
C, - talilna konstanta (g/Ah)
CE - poraba energije (Wh/g)
P;l - pokrivanje vara z žlindro (g,|/g)
V elektrodni oblogi novih bazično oplaščenih elektrod (EB 50 NaV in EB 50 KV) mora ostati še dovolj karbonatov (vsaj 20 '<< kalcita), da bo plinska zaščita vara, ki preprečuje poroznost na začetku in zaključku zvara, zadostna. Že l() do 15 c/c-ni dodatek Na ali K - sintetičnega volastonita v elektrodni oblogi pa znatno izboljša ionizacijo obloka in stabilnost varjenja bazično oplaščenih elektrod. Elektrodi EB 50 NaV in EB 50 K V zelo dobro varita na izmenični in enosmerni lok "minus pol" (tabela 3; najvišja produktivnost - 0,49 g/s. najvišja talilna konstranta - 10.7 g/Ah in najnižja poraba energije - 2.2 Wh/g).
3.0 Zaključek
Z razvojem novih vrst oplaščenih elektrod želimo združiti dobre lastnosti bazičnega in rutilnega oplaščenja.
Dvojno rutilno - bazično oplaščenje zagotovi elektrodi EVB S zelo stabilen oblok. Varilno tehnično je elektroda EVB S podobna rutilni elektrodi "Finkord". glede kvalitete vara pa je tipična bazično oplaščena elektroda (garantirana žilavost vara pri 2()°C je > 47 J).
Zelo ugoden vpliv na varilno tehnične lastnosti bazično oplaščenih elektrod dosežemo tudi z uporabo novih Na - in K -sintetičnih repromaterialov pri pripravi mineralnega dela oplaščenja. Že 10 do 15 %-ni dodatek Na - ali K - sintetičnega volastonita v elektrodni oblogi močno izboljša ionizacijo obloka in stabilnost varjenja bazično oplaščenima elektrodama EB 50 NaV in EB 50 KV. ki zato zelo dobro varita na izmenični in enosmerni tok - "minus pol".
Literatura
R. Kejžar, V. Kralj, D. Rehfeldt: Analiza obloka / analizatorjem 1 lannover AH-7. Poročilo ZRMK, Ljubljana. 1991, 38 str. • Koch: Handbucli der Schvveisstechnologie Lichtbogensehvveissen, DVS-GMBH, Diisseldorf, 1961
R. Kejžar, A. Zaje. U. Kejžar. B. Kejžar, M. Hrženjak: Vpliv vlage in sestave elektrodne obloge na stabilnost varjenja (izpopolnjevanje do-dajnih materialov za varjenje). Kovine zlitine tehnologije. 27. 1993, 3. 269-270
' Becken: Werkstoffiibergang bei Schvveisselektroden, Selnveissen mul Sehneiden. 22. 1970. I 1,478-479
I. K. Pohodnja, G. (i. Korickij: Vlijanije tolščiny pokrytja na harak-teristiki perenosa elektrodnogo nietalla. Svaročnoe proizvoiistvo. 1970. 8, 32-33
" R. Kejžar: Vzpostavljanje navideznega ravnotežja med žlindo in kovino pri dezoksidaciji jekla in varjenju. Železniški zbornik. 8. 1974, 4, 193-201
R. Kejžar: Vpliv de/oksidantov na vsebnost kisika v čistem vam in izkoristek Cr iz plašča pri elektroobločnem varjenju, Železarski zbornik. 9. 1975, I. 19-27 s R. Kejžar: Prednosti uporabe novih sintetičnih repromaterialov pri izdelavi dodajnih materialov /a varjenje. Kovine zlitine tehnologije. 27. 1993, 1-2. 213-216